編者按
當(dāng)前，心肌梗死（MI）導(dǎo)致的心力衰竭是全球主要的健康問(wèn)題之一，其通常由冠狀動(dòng)脈阻塞引起，心肌細(xì)胞大量凋亡，進(jìn)而導(dǎo)致心室重構(gòu)和心力衰竭。現(xiàn)有的血管重建療法無(wú)法完全恢復(fù)梗死心肌或阻止不良心室重構(gòu)，而中藥因其多靶點(diǎn)調(diào)控和良好的生物安全性，展現(xiàn)出良好的治療潛力。丹參酮ⅡA（TIIA）和芒柄花素（FM），這兩種分別來(lái)源于丹參和黃芪的生物活性化合物，具有抗氧化、抗炎和促血管再生等作用，被認(rèn)為是治療心肌梗死（MI）的潛力藥物組合。
本期我們分享2025年12月初，由廣東省中醫(yī)院、南方醫(yī)科大學(xué)第十附屬醫(yī)院（東莞市人民醫(yī)院）等共同發(fā)表在Bioactive Materials（IF=20.3）上的最新研究成果，該研究開發(fā)了一種靶向中性粒細(xì)胞的納米藥物顆粒TF-5NP，并利用斑馬魚等多種模型，驗(yàn)證了其可用于遞送兩種從中藥提取的活性成分——丹參酮IIA（TIIA）和芒柄花素（FM），減輕氧化損傷并促進(jìn)血管再生，并改善心肌梗死模型中的心臟功能，其治療效果可持續(xù)約28天，為心肌梗死后的協(xié)同治療和中藥現(xiàn)代化遞送提供了有前景的新策略。
本研究中，環(huán)特生物提供的斑馬魚心衰實(shí)驗(yàn)等服務(wù)支持，進(jìn)一步驗(yàn)證了中性粒細(xì)胞靶向的納米顆粒TF-5NP，可以改善心臟形態(tài)與功能，并促進(jìn)血管新生，揭示了TF-5NP可以實(shí)現(xiàn)向梗死心肌遞送TIIA和FM，對(duì)心肌梗死（MI）的治療效果與機(jī)制。（模型詳情：1.斑馬魚心衰模型；2.斑馬魚血管再生模型）
01、研究亮點(diǎn)
成功開發(fā)了一種靶向中性粒細(xì)胞的納米顆粒TF-5NP，通過(guò)共組裝用于向梗死心肌遞送中藥活性成分丹參酮IIA（TIIA）和芒柄花素（FM），以減輕氧化損傷并促進(jìn)血管再生；
利用斑馬魚、細(xì)胞、豬等多模型，系統(tǒng)驗(yàn)證了納米顆粒的治療效果與機(jī)制，發(fā)現(xiàn)TF-5NP能有效減輕氧化損傷和炎癥、抑制心肌細(xì)胞凋亡/焦亡、促進(jìn)血管新生，從而顯著改善心臟功能、減少梗死面積和纖維化、抑制不良心室重構(gòu)；
利用豬心肌梗死模型實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)效治療，藥物在心臟中滯留長(zhǎng)達(dá)28天，顯著減少梗死面積和膠原沉積，減輕心室重構(gòu)，且無(wú)明顯系統(tǒng)毒性，安全性良好；
初步闡明了TF-5NP改善心室重構(gòu)的作用機(jī)制。
圖形摘要
02、主要研究成果
1. 構(gòu)建炎癥激活、尺寸可變且可錨定cTnT的納米顆粒TF-5NP
研究人員利用雙-5-羥色胺（bis-5HT）修飾1,2-二硬脂酰-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺-聚乙二醇-羧酸（DSPE-PEG-COOH），設(shè)計(jì)合成了一種中性粒細(xì)胞靶向的、尺寸可變的納米藥物顆粒TF-5NP，并將其與膽固醇（Chol）和脂質(zhì)1,2-二硬脂酰-sn-甘油-3-磷酸甘油（DSPG）共組裝，合成脂質(zhì)納米顆粒（5NP），負(fù)載中藥活性成分丹參酮IIA（TIIA）和芒柄花素（FM）。結(jié)果顯示，納米顆粒TF-5NP表面修飾的bis-5HT基團(tuán)，可以被MPO激活，發(fā)生交聯(lián)，導(dǎo)致納米顆粒尺寸變大，從而滯留在炎癥部位。TF-5NP在正常環(huán)境下粒徑約為135.65 nm，而MPO和H?O?的共同作用下，其粒徑顯著增大至約527.46nm，形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)。
激活后的納米顆粒還能與梗死心肌中的心肌肌鈣蛋白T（cTnT）結(jié)合，進(jìn)一步增強(qiáng)在靶部位的保留，實(shí)現(xiàn)對(duì)梗死心肌的錨定。在豬心肌梗死模型中，靜脈注射14天后，經(jīng)bis-5HT修飾的TF-5NP（cy5.5-5NP）在梗死心肌組織中的熒光信號(hào)與cTnT抗體信號(hào)高度共定位，證實(shí)了其錨定cTnT的能力。在模擬梗死區(qū)酸性環(huán)境（pH 6.5）和MPO/H?O?存在的條件下，中藥活性成分丹參酮IIA（TIIA）和芒柄花素（FM）能從TF-5NP中持續(xù)釋放長(zhǎng)達(dá)30天，在梗死心肌區(qū)域?qū)崿F(xiàn)藥物的長(zhǎng)期保留和緩釋。
圖1
2. TF-5NP在細(xì)胞水平上增強(qiáng)細(xì)胞存活、抑制凋亡并促進(jìn)血管再生
隨后，研究人員使用Cy5.5標(biāo)記的納米顆粒NP，觀察了細(xì)胞對(duì)納米顆粒的攝取情況，發(fā)現(xiàn)在血管內(nèi)皮細(xì)胞中，TF-5NP比非靶向納米顆粒具有更快的攝取效率和更長(zhǎng)的滯留時(shí)間。在缺氧條件下，TF-5NP能更有效地逆轉(zhuǎn)細(xì)胞增殖抑制，并將細(xì)胞凋亡率降至最低（約9.85%），顯著低于TF-NP組的14.21%和TIIA+FM藥物組合的27.04%。
進(jìn)一步通過(guò)雙免疫熒光染色實(shí)驗(yàn)，研究人員探究了TF-5NP在體外對(duì)新生大鼠心肌細(xì)胞缺氧損傷的保護(hù)作用。結(jié)果顯示，TF-5NP能上調(diào)抗凋亡蛋白Bcl-2，下調(diào)促凋亡蛋白Bax和cleaved Caspase-3的表達(dá)，從而減輕心肌細(xì)胞凋亡。因此，TF-5NP具有良好的細(xì)胞攝取能力，并能有效保護(hù)心肌細(xì)胞免受缺氧損傷，抑制細(xì)胞凋亡。
圖2
為了研究TF-5NP在心肌梗死(MI)治療中的機(jī)制，研究人員還通過(guò)細(xì)胞遷移和管狀形成實(shí)驗(yàn)，評(píng)估了TF-5NP對(duì)人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞（HUVECs）的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，TF-5NP能顯著促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞遷移，也能顯著促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞形成管狀結(jié)構(gòu)，其表現(xiàn)為管狀分支數(shù)量增多。進(jìn)一步研究結(jié)果表明，在經(jīng)TF-5NP 處理的內(nèi)皮細(xì)胞中，與血管生成相關(guān)的蛋白質(zhì)，如血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（VEGF）、血小板衍生生長(zhǎng)因子（PDGF）和成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子（FGF）等關(guān)鍵促血管生成蛋白的表達(dá)顯著上調(diào)。
線粒體是心肌細(xì)胞的主要能量來(lái)源，其主要通過(guò)氧化酸化過(guò)程生成腺苷三磷酸(ATP)，從而為心肌細(xì)胞提供能量。研究人員通過(guò)探究TF-5NP 對(duì)線粒體的影響，結(jié)果顯示，TF-5NP處理提高了細(xì)胞內(nèi)的ATP水平。其中，TF-5NP增強(qiáng)了線粒體熒光強(qiáng)度，表明活性增強(qiáng)；降低了線粒體ROS水平，表明減輕了氧化損傷；提高了線粒體膜電位，表明改善了能量代謝。因此，TF-5NP不僅能保護(hù)心肌細(xì)胞，還能有效促進(jìn)血管生成，并通過(guò)改善線粒體活性、抗氧化、膜電位等功能，來(lái)支持細(xì)胞能量供應(yīng)，有助于保護(hù)內(nèi)皮細(xì)胞免受損傷。
圖3
3. 斑馬魚實(shí)驗(yàn)證實(shí)，TF-5NP可以改善心臟形態(tài)與功能，并促進(jìn)血管再生
接著，研究人員利用維拉帕米 (Verapamil) 誘導(dǎo)的斑馬魚心衰模型，評(píng)估了TF-5NP對(duì)心臟形態(tài)和功能的影響。通過(guò)觀察不同藥物處理組的斑馬魚心臟功能及血管生成水平，結(jié)果顯示，TF-5NP能顯著減輕維拉帕米誘導(dǎo)的心臟功能障礙，減少心臟擴(kuò)大和靜脈淤血。定量分析進(jìn)一步證實(shí)，TF-5NP能夠縮小斑馬魚心臟的擴(kuò)大區(qū)域，并減輕其靜脈充血情況。
為了評(píng)估TF-5NP對(duì)心室形態(tài)的影響，研究人員利用轉(zhuǎn)基因斑馬魚模型發(fā)現(xiàn)，相較于對(duì)照組，TF-5NP處理過(guò)的斑馬魚，心肌細(xì)胞擴(kuò)張程度、心竇-動(dòng)脈球（SV-BA）距離均更顯著，TF-5NP處理有助于恢復(fù)心肌細(xì)胞形態(tài)，縮短心竇-動(dòng)脈球距離，表明其在保護(hù)心臟功能和形態(tài)方面具有良好的效果。此外，TF-5NP也顯著改善了斑馬魚的心率、血流速度和心輸出量等心功能參數(shù)，心臟形態(tài)和結(jié)構(gòu)以及功能均明顯改善，這進(jìn)一步證實(shí)了TF-5NP對(duì)心臟形態(tài)的保護(hù)作用。
為了評(píng)估TF-5NP的促進(jìn)斑馬魚血管再生作用，研究人員使用轉(zhuǎn)基因斑馬魚Tg(fli1:EGFP)，觀察了斑馬魚48小時(shí)內(nèi)各間段血管(ISV)、背主動(dòng)脈(DA)和后主脈(PCV)的發(fā)育情況。定量分析顯示，TF-5NP處理增加了節(jié)間血管的數(shù)量和平均長(zhǎng)度，促進(jìn)了腸下血管的形成和面積，并增加了背主動(dòng)脈和后主靜脈的直徑，還顯著上調(diào)了vegfaa 和vegfr1的mRNA表達(dá)。這表明，TF-5NP能夠顯著促進(jìn)斑馬魚的血管再生，這與其上調(diào)VEGF通路相關(guān)，為心臟修復(fù)提供了血液支持。
圖4
4. TF-5NP在豬心肌梗死模型中實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)達(dá)28天的長(zhǎng)效治療，顯著改善心功能與心室重構(gòu)
隨后，研究人員為了進(jìn)一步驗(yàn)證大動(dòng)物的體內(nèi)靶向效果，構(gòu)建了豬心肌梗死模型并追蹤藥物分布。結(jié)果顯示，TF-5NP在豬心臟中的滯留時(shí)間顯著長(zhǎng)于游離藥物和非靶向納米顆粒，可持續(xù)至少28天。進(jìn)一步探究藥物的靶向特異性發(fā)現(xiàn)，藥物在心肌組織和血管平滑肌中均有良好滲透和保留。TF-5NP能有效靶向中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)的梗死區(qū)域，并與MPO共定位，驗(yàn)證了其設(shè)計(jì)機(jī)制。
通過(guò)利用豬心肌梗死模型開展長(zhǎng)期療效研究，結(jié)果顯示，TF-5NP 治療 28 天后，可以有效改善心臟結(jié)構(gòu)與功能，其表現(xiàn)為減小梗死面積；TF-5NP治療組梗死面積百分比（11.49%）顯著小于模型組（21.42%）、游離藥物組（23.01%）和非靶向納米顆粒組（21.35%）。HE 與 Masson 染色顯示，TF-5NP組心肌膠原纖維沉積（12.5%）遠(yuǎn)低于模型組（34.33%）；TF-5NP能有效減少M(fèi)I后心肌細(xì)胞的代償性肥大。心臟磁共振也顯示，TF-5NP治療顯著改善了左心室射血分?jǐn)?shù)（LVEF: 39.13%，模型組：25.38%），并降低了左心室收縮末期和舒張末期容積，表明心臟泵血功能得到恢復(fù)，不良心室重構(gòu)被抑制。在安全性方面，經(jīng)過(guò)28天的治療后，豬的體重?zé)o顯著變化，肝、脾、肺、腎等主要器官的組織學(xué)檢查未發(fā)現(xiàn)炎癥反應(yīng)或損傷跡象。
圖5
圖6
5. TF-5NP改善心室重構(gòu)的作用機(jī)制探究
為了闡明TF-5NP改善心室重構(gòu)的作用機(jī)制，研究人員對(duì)經(jīng)心臟缺血處理后的組織進(jìn)行了RNA-seq分析，發(fā)現(xiàn)TF-5NP治療影響了與血管生成、免疫系統(tǒng)過(guò)程、細(xì)胞外基質(zhì)、線粒體等功能相關(guān)的基因表達(dá)。通路富集分析提示其作用與VEGF信號(hào)、細(xì)胞外基質(zhì)-受體相互作用、mTOR信號(hào)、鐵死亡等通路相關(guān)。為驗(yàn)證測(cè)序結(jié)果的有效性，通過(guò)透射電鏡顯示，TF-5NP治療能減少M(fèi)I導(dǎo)致的線粒體嵴斷裂等損傷，使其結(jié)構(gòu)更完整、排列更規(guī)則，并上調(diào)TOM20、TOM40、Flotillin-1等線粒體相關(guān)蛋白的表達(dá)。
為了研究藥物對(duì)細(xì)胞增殖蛋白和炎癥蛋白的影響，進(jìn)行了免疫熒光染色，發(fā)現(xiàn)TF-5NP能夠有效抑制過(guò)度的細(xì)胞炎癥反應(yīng)和焦亡現(xiàn)象。與模型組相比，TF-5NP能顯著降低梗死區(qū)及邊緣區(qū)細(xì)胞焦亡關(guān)鍵蛋白，如Caspase-1、GSDMD和促炎因子IL-1β的表達(dá)，同時(shí)增加抗炎因子IL-4的表達(dá)，也能抑制促炎的M1型巨噬細(xì)胞標(biāo)志物，促進(jìn)修復(fù)性的M2型巨噬細(xì)胞聚集。對(duì)發(fā)生心肌梗死的豬體內(nèi)獲取的左心室組織進(jìn)行Western blot和免疫熒光證實(shí)，TF-5NP治療上調(diào)了梗死心肌組織中VEGF、PDGF、FGFR1、CD31和α-SMA等血管生成標(biāo)志物的表達(dá)。因此，TF-5NP能通過(guò)調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)并激活血管生成過(guò)程，來(lái)改善心臟功能并治療心肌梗死。
圖7
本研究中，環(huán)特生物提供的斑馬魚心衰實(shí)驗(yàn)等服務(wù)支持，進(jìn)一步驗(yàn)證了納米顆粒TF-5NP，可以改善心臟形態(tài)與功能，并促進(jìn)血管新生，揭示了TF-5NP對(duì)心臟形態(tài)的保護(hù)作用。
03、編者點(diǎn)評(píng)
本研究成功開發(fā)了一種用于協(xié)同遞送中藥活性成分TIIA和FM的納米藥物顆粒TF-5NP，并通過(guò)斑馬魚、細(xì)胞、豬等多模型驗(yàn)證了，TF-5NP能有效減輕氧化損傷和炎癥、抑制心肌細(xì)胞凋亡/焦亡、促進(jìn)血管新生，從而顯著改善心臟功能、減少梗死面積和纖維化、抑制不良心室重構(gòu)，為心肌梗死后的協(xié)同治療和中藥現(xiàn)代化遞送提供了有效策略。
作為健康美麗產(chǎn)業(yè)CRO服務(wù)開拓者與引領(lǐng)者、斑馬魚生物技術(shù)的全球領(lǐng)導(dǎo)者，環(huán)特生物搭建了“斑馬魚、基因編輯、類器官、哺乳動(dòng)物、人體”等多維生物技術(shù)服務(wù)體系，開展健康美麗CRO服務(wù)、科研服務(wù)、智慧實(shí)驗(yàn)室搭建三大業(yè)務(wù)。目前，環(huán)特已建立200多種斑馬魚模型，腦類器官、胃癌、心臟類器官及各種腫瘤類器官培養(yǎng)平臺(tái)，歡迎有需要的讀者垂詢！
參考文獻(xiàn)：
Mao S, Liang Y, Chen Z, et al. Adaptive bioactivable nanosystems for synergistic myocardial infarction therapy using traditional pharmaceuticals. Bioact Mater. 2025;54:648-665.