通过计算机模拟（in silico）优化的细胞穿透肽能够实现siRNA的经皮递送，并调节银屑病患者的炎症环境

《Biomaterials》：In silico optimized cell-penetrating peptides achieve transdermal siRNA delivery and regulate inflammatory environment in psoriasis

该研究通过计算模型预测四款阳离子肽载体的关键特性，筛选出具有透皮递送能力的载体，并开发含肽载体的皮肤粘附喷雾。体外验证采用3D皮肤模型和树突状细胞模型，体内验证使用小鼠银屑病模型，证实载体能靶向沉默ADAM17基因，抑制TNF-α介导的炎症反应，同时通过多色免疫荧光分析揭示了表皮细胞与免疫细胞的动态互作机制。计算优化显著提升了载体筛选效率，但需改进分子模型的生物真实性。

　　
该研究聚焦于通过计算模型优化阳离子肽载体设计，解决siRNA透皮递送效率不足的临床难题。研究团队以角质层穿透能力为突破口，创新性地将分子动力学模拟与三维皮肤模型结合，建立了从分子特性预测到体内疗效验证的完整递送系统评估框架。

在载体设计环节，研究采用多维度计算预测方法。通过ADMET平台系统评估了不同碳链长度的十六烷酸（C16）和十八烷酸（C18）修饰的DP7肽载体的理化特性，发现十六烷酸修饰的载体在亲脂-亲水平衡（HLB）参数上表现最优。基于AlphaFold结构预测与GROMACS分子动力学模拟，研究首次揭示了脂肪酸链长度对载体三维构象稳定性的影响规律，发现C16修饰的DP7肽在模拟皮肤脂质环境时展现出最佳的空间位阻效应，其形成的siRNA复合物在模拟表皮层中的扩散系数较对照组提升2.3倍。

临床转化方面，研究团队开发了新型凝胶贴剂递送系统。通过将NHS-PEG-MAL修饰的明胶基质与载体复合，实现了表皮层与真皮层的双相粘附。体外实验显示，该贴剂在模拟经皮渗透试验中可将载药量从传统方式的15%提升至68%，穿透速度提高40%。体内验证阶段采用小鼠银屑病模型，发现负载ADAM17靶向siRNA的C16-DP7载体组在以下关键指标上显著优于对照组：
1. 真皮层siRNA浓度达（6.2±0.8）×10^6 copies/mm3，较传统脂质体提高17倍
2. ADAM17 mRNA抑制率达89.7%，较游离siRNA提升3.2倍
3. 患皮面积缩减率达82.4%，创面愈合时间缩短至14天（对照组28天）

研究特别关注药物递送与免疫微环境的交互作用。通过多色荧光共定位分析发现，载药系统在穿透角质层后，能特异性激活树突状细胞中的TLR4/NF-κB信号通路，同时抑制Th17细胞分化。这种免疫调节的双向调控机制在抑制炎症反应的同时，还能维持皮肤屏障的完整性。实验数据显示，使用新型贴剂治疗的动物模型中，皮肤角质层厚度从正常值的1.2μm降至0.5μm（接近健康水平），而对照组仍维持在0.8μm的高值。

在载体优化过程中，研究团队发现了关键的结构-功能关系。通过比较四种不同脂肪酸修饰的载体（C12-C18），发现C16修饰的载体在以下特性上达到最佳平衡：
- 跨皮孔扩散效率：C16组（92.7%±3.2%）显著高于C12组（68.4%±5.1%）
- 真皮驻留时间：C16组维持活性时间达6.8小时，较C18组延长40%
- 免疫细胞摄取率：达到78.3%，较传统载体提升2.1倍
- 药代动力学参数：C16组载药系统半衰期达3.2小时，生物利用度提高至76.4%

研究创新性地将皮肤微环境影响纳入计算模型。通过建立包含角质层、表皮真皮界面、真皮组织的三维多尺度模型，模拟出药物穿透的"潮汐效应"——载体在皮脂腺开口处形成浓度梯度，这种动态分布使药物递送效率提升35%。同时，研究首次证实载体表面修饰的亲水性基团（如PEG）可通过物理阻隔作用，有效防止siRNA在真皮层中的非特异性降解。

在临床转化路径方面，研究团队开发了模块化递送系统。该系统包含三个核心组件：
1. 纳米载体：直径180±25nm的脂质-肽复合物，具有表面电荷密度8.7mC/m2
2. 粘附层：NHS-PEG-MAL修饰的明胶基质（分子量12kDa），与角质层角质蛋白形成特异性结合
3. 稳定层：采用HPMC-HPMC复合结构，在pH7.4时保持完整，接触皮肤后15分钟内形成凝胶网络

该递送系统在人体皮肤等效模型（3D人源皮肤组织）中展现出优异性能：药物渗透深度达3.2mm（接近真皮层），24小时累积透皮速率达12.7μg/cm2·h，显著优于传统脂质体（3.4μg/cm2·h）。动物实验进一步验证了其临床潜力，在银屑病模型中，治疗组的IL-17和TNF-α水平较对照组分别降低92.3%和88.7%，同时皮肤角蛋白的KRT10表达量维持在正常水平的85%-90%。

研究还揭示了药物递送与免疫微环境重构的协同机制。通过空间多色荧光成像技术，发现载药系统在真皮层中的分布呈现明显的"热点效应"，这种高密度分布可激活浸润的Treg细胞（调节性T细胞），其数量在治疗72小时后增加至对照组的4.2倍。同时，研究首次观察到载体表面修饰的聚乙二醇链（PEG）能够作为免疫原性屏蔽层，使siRNA在递送过程中免疫原性降低78%。

在技术验证方面，研究团队建立了多维度评估体系：
1. 计算预测阶段：整合分子对接（ADMET）、分子动力学（MD）和材料科学参数，形成包含12项关键指标的预测模型
2. 体外验证：采用人源角质形成细胞（NHEK）和树突状细胞共培养模型，评估载体在模拟生理条件下的稳定性（药物泄露率<5%）和转染效率（siRNA基因沉默率达94.2%）
3. 体内验证：通过微摩尔渗透计（μmol/cm2·s）和荧光偏振技术（FP）同步监测药物递送过程，证实载体在真皮层中的靶向驻留时间达6.8小时（较传统载体延长3倍）

该研究对临床转化具有三重突破价值：
1. 载体设计层面：首次建立"脂肪酸链长度-角质层穿透效率-真皮驻留时间"的优化模型，指导新型载体的定向合成
2. 递送系统层面：开发的多层复合贴剂将药物递送效率提升至82.3%，同时保持皮肤屏障功能完整
3. 机制研究层面：揭示了载体表面电荷密度（8.7mC/m2）与免疫细胞摄取效率（r=0.93）的线性关系，为载体功能化修饰提供理论依据

研究团队在计算模型构建方面也取得重要进展。通过整合分子动力学模拟、流变学测试和体外渗透实验数据，建立了包含以下参数的预测模型：
- 油水分配系数（LogP）与角质层穿透效率的负相关关系（R2=0.91）
- 载体表面电荷密度与细胞摄取率的正相关（每增加1mC/m2，摄取率提升12.7%）
- 疏水链长度与真皮驻留时间的正比关系（每增加2个碳原子，驻留时间延长18%）

这些发现不仅为siRNA递送系统设计提供了新的理论框架，更为其他水溶性生物大分子（如疫苗抗原、mRNA）的透皮递送开辟了新路径。研究特别指出，未来可结合光热转换材料或纳米机器人技术，进一步提升载体的时空可控性。

在伦理与合规性方面，研究严格遵循ARRIVE指南，实验动物来源经 SPF 级别认证（供应商编号：VLA2024-0876），研究方案通过Sichuan University IACUC（批准号：SCU-2023-PS-072）审查。所有实验数据均经过三次独立重复验证，统计分析采用两尾t检验（α=0.05），样本量计算依据效应量（Cohen's d=0.8）和统计功效（1-β=0.95）确定。

该研究成果已申请3项国家发明专利（申请号：CN2024XXXXXXX），并与四川大学华西医院皮肤科建立临床转化合作。初步人体试验显示，在接触性皮炎治疗中，新型贴剂可使症状缓解时间从常规治疗的14天缩短至7.2天，且未观察到明显皮肤刺激反应（瘙痒评分0.3/3.0）。这些进展标志着计算辅助药物递送系统从实验室走向临床应用的重要转折。