这是一个关于创新型干眼症治疗滴眼液纳米制剂的研究。该研究由苏州大学功能纳米与软物质研究院的刘庄教授、苏州大学附属第四医院眼科的张晓峰教授以及苏州大学药学院的张涵教授等团队合作完成。研究成果于2025年发表在《Advanced Materials》期刊上。
研究背景
干眼症（dry eye disease, DED）是全球最常见的眼科疾病，可导致严重的眼部不适甚至视力损伤。目前，临床上治疗干眼症的主要药物包括人工泪液、抗炎药和免疫抑制剂，但这些疗法均存在局限性：人工泪液仅能暂时缓解症状而无法根治；甾体类抗炎药可能导致青光眼和白内障等严重副作用；免疫抑制剂如环孢素（cyclosporin）则通常需要持续使用3至6个月才能起效。因此，开发安全高效的干眼症新疗法迫在眉睫。
近年来，研究表明过量活性氧（reactive oxygen species, ROS）引发的氧化应激损伤是干眼症发生和发展的上游因素。过度暴露于紫外线、药物、空气污染物以及电子设备的过度使用，都会导致眼表过量ROS的积累，进而引发泪膜稳定性下降、角膜上皮细胞功能障碍、杯状细胞丢失和炎症等一系列问题，形成干眼症的恶性循环。因此，清除过量ROS被认为是改善干眼症进展的新策略。过氧化氢（H₂O₂）是炎症病变中浓度较高且化学性质稳定的非自由基ROS，而触酶（catalase, CAT）作为一种广泛存在于生物体内的抗氧化酶，能高效地将H₂O₂分解为无害的水和氧气。基于此，研究团队旨在设计一种能够长时间黏附于眼表、局部清除H₂O₂和ROS的触酶滴眼液制剂，以有效治疗干眼症。
研究流程与主要结果
1. 纳米复合物的合成与表征 为实现目标，研究人员首先合成了一种经半胱氨酸修饰的壳聚糖（cysteine-modified chitosan, CS-Cys）。壳聚糖是一种天然的可生物降解阳离子聚合物，具有固有的粘膜黏附能力。研究人员通过酰胺反应将半胱氨酸接枝到壳聚糖上，合成了三种不同取代度（2.2%, 4.2%, 6.6%）的CS-Cys，并通过埃尔曼试剂、¹H核磁共振波谱和傅里叶变换红外光谱进行了验证。其中，取代度最高的CS-Cys(3)因在中性pH下溶解度差而被排除。
随后，研究人员将CS-Cys与触酶以1:1的重量比混合，通过静电和疏水相互作用自组装形成CS-Cys/CAT纳米颗粒。动态光散射（DLS）和透射电子显微镜（TEM）表征结果显示，CS-Cys(2)/CAT形成的纳米颗粒平均粒径为223纳米，形态为均匀的球形，且Zeta电位为正。相比之下，未经修饰的壳聚糖与触酶形成的CS/CAT复合物粒径更大（1565纳米），结构松散，形态不规则。CS-Cys/CAT纳米复合物在15天内能保持粒径稳定，在氮气保护下稳定时间可达一个月。重要的是，与CS-Cys的组装对触酶的酶活性影响可忽略不计。
2. 角膜前滞留与ROS清除能力 为筛选最佳的CS-Cys配方以延长触酶在眼表的滞留，研究人员使用Cy5.5荧光标记的触酶制备了不同的纳米复合物。小鼠体内实验表明，滴眼给药2小时后，与游离的Cy5.5-CAT和CS/Cy5.5-CAT处理组相比，CS-Cys/Cy5.5-CAT处理组的小鼠角膜前部显示出强烈的荧光信号，其中CS-Cys(2)的滞留效果优于CS-Cys(1)。这归因于CS-Cys(2)更高的巯基密度带来了更强的角膜黏附效果。
接着，研究人员进一步优化了CS-Cys与CAT的组装比例。通过比较1:1和2:1两种重量比，发现CS-Cys/CAT(1:1)在角膜表面显示出更强的滞留能力。利用该最优配方，研究发现CS-Cys/CAT在滴眼后可在角膜表面滞留长达12小时，荧光信号仍然可检测。因此，研究确定了每日两次（早晚各一次）的给药频率。离体和在体实验证明，这种增强的黏附作用是通过CS-Cys上的游离巯基与泪膜黏液层中丰富的半胱氨酸残基形成二硫键实现的。当加入二硫键还原剂二硫苏糖醇（DTT）后，CS-Cys/CAT的角膜黏附显著降低。研究还证实，CS-Cys/CAT纳米复合物能有效帮助人角膜上皮细胞抵抗高渗透压诱导的氧化应激。
3. 在苯扎氯铵诱导的干眼症小鼠模型中的治疗效果 为检验CS-Cys/CAT滴眼液的治疗效果，研究人员首先建立了苯扎氯铵（benzalkonium chloride, BAK）诱导的干眼症小鼠模型。这种模型可破坏角膜上皮屏障，导致泪膜稳定性下降、眼表炎症和杯状细胞丢失，与人类干眼症表现相似。连续7天给予0.2% BAK滴眼后，小鼠泪液分泌显著减少，角膜荧光素钠染色评分升高，表明造模成功。
将模型小鼠分为五组：PBS组、游离CAT组、游离CS-Cys组、CS-Cys/CAT组和市售环孢素阳性对照组，每日滴眼两次。结果显示，CS-Cys/CAT治疗组在角膜上皮修复和泪液分泌恢复方面均表现出最优且最快速的疗效。治疗第5天，其角膜荧光素钠染色水平已恢复至接近健康小鼠的水平，而环孢素组与PBS对照组相比无显著差异。组织形态学评估进一步证实，CS-Cys/CAT治疗显著恢复了受损的角膜上皮结构和形态、修复了角膜上皮紧密连接蛋白ZO-1的表达、改善了泪腺的结构紊乱和萎缩，并将结膜杯状细胞的数量恢复至健康水平的90%。机制研究显示，CS-Cys/CAT治疗后，小鼠角膜中的ROS水平降至背景水平，细胞凋亡（TUNEL染色）被有效抑制，促炎细胞因子（TNF-α, IL-1β, MMP-9）的表达也显著降低，效果均优于环孢素及其他对照组。
4. 在氢溴酸东莨菪碱诱导的干眼症小鼠模型中的治疗效果 为验证药物在泪液分泌不足型干眼症中的疗效，研究人员使用氢溴酸东莨菪碱（scopolamine hydrobromide, SH）建立了另一种小鼠模型。东莨菪碱通过阻断副交感神经兴奋来抑制泪腺分泌，导致泪液显著减少。建模7天后，小鼠泪液分泌下降，角膜染色评分升高。采用与BAK模型相同的分组和治疗方案。结果再次证实，CS-Cys/CAT滴眼液能迅速促进缺损角膜上皮的恢复并增加泪液分泌，其疗效优于环孢素。治疗结束时，该组小鼠角膜上皮的氧化应激水平和细胞凋亡率显著降低，泪腺细胞凋亡也得到有效抑制，角膜和泪腺的组织结构得到最佳恢复。
5. 剂量优化与在研药物疗效对比 研究人员在BAK诱导的干眼症小鼠模型中进行了剂量优化实验，测试了1.5 mg/mL、0.5 mg/mL和0.15 mg/mL三个浓度的CS-Cys/CAT滴眼液。结果表明，即使低至0.15 mg/mL的浓度，也能在7天内使角膜荧光素钠染色和泪液分泌完全恢复至健康水平，各剂量组间无显著差异。这凸显了使用抗氧化酶催化而非消耗性清除ROS的优势。
随后，研究将CS-Cys/CAT滴眼液与多种目前已上市或处于新药申请阶段的干眼症药物进行疗效比较，包括SHR8028、NOV03、Reproxalap和地塞米松（dexamethasone）。结果显示，CS-Cys/CAT滴眼液在促进受损角膜上皮修复和恢复泪液分泌方面的起效速度均显著更快。
6. 在兔干眼模型中的治疗效果 为在与人眼体积更接近的大动物模型上验证疗效，研究人员使用阿托品（atropine）在新西兰大白兔上建立了泪液缺乏型干眼症模型。治疗14天后，CS-Cys/CAT滴眼液组的泪液分泌恢复速度快于环孢素组，仅3天即达到正常水平，而环孢素组需要10-14天。更重要的是，只有CS-Cys/CAT治疗组的角膜荧光素钠染色评分有显著下降，表明其在促进角膜上皮修复方面具有独特优势。活体角膜共聚焦显微镜观察证实，CS-Cys/CAT治疗后，角膜上皮中的炎性细胞数量显著减少。角膜组织的ROS和TUNEL染色也表明，CS-Cys/CAT在抑制氧化应激和细胞凋亡方面的效果远强于环孢素。
7. 安全性评估 长期的生物安全性评估显示，健康小鼠连续一个月每日两次接受CS-Cys/CAT滴眼液（1.5 mg/mL）后，角膜状态、眼前节清晰度、角膜厚度、眼压和体重均保持正常，与PBS对照组无差异。视网膜结构、眼底及眼底荧光血管造影均未见异常。眼球及泪腺的组织学检查、主要器官的H&E染色以及血液生化分析结果也均未显示任何局部或全身性毒性迹象。
结论与研究亮点
本研究开发了一种由触酶和半胱氨酸修饰的壳聚糖自组装而成的CS-Cys/CAT纳米颗粒滴眼液，用于干眼症的高效治疗。该研究的核心亮点和创新性在于：其一，利用天然抗氧化酶触酶，通过持续清除眼表过量ROS的上游致病因子来阻断干眼症的恶性循环，而非仅仅抗炎或缓解症状；其二，通过形成可裂解的二硫键，创新性地实现了大分子蛋白质药物在眼表的长效滞留，解决了滴眼液快速被清除的难题；其三，该纳米制剂在两种不同发病机制的小鼠模型和一种与人眼体积更接近的兔模型中，均展现出比临床一线药物环孢素及多种在研新药更优、更快速的疗效，尤其是在促进角膜上皮修复方面具有显著优势；其四，制剂成分完全由生物相容/可降解的材料组成，长期使用安全性良好，临床转化潜力巨大。
本研究的科学价值在于揭示了以高效、持续性清除ROS为靶点治疗干眼症的新途径，并为大分子蛋白质类药物的眼部递送提供了独特的“黏附性纳米颗粒”平台技术。其应用价值在于，该CS-Cys/CAT滴眼液有望成为一种安全、高效、快速起效的新型干眼症疗法，克服现有药物的局限性，具有广阔的临床应用前景。此外，该纳米药物平台也可能拓展应用于治疗其他局部粘膜炎症性疾病。