文獻(xiàn)背景
冠狀動脈閉塞引起的心肌梗死(MI)是心血管疾病致殘和死亡的主要原因。炎癥和炎性細(xì)胞浸潤是心肌損傷的重要指標(biāo)。在心肌梗死早期,大量的炎性細(xì)胞被招募并分泌多種炎癥介質(zhì),加劇了心肌損傷。心肌梗死后適當(dāng)應(yīng)用抗炎治療可能是其治療的關(guān)鍵步驟。
雷公藤甲素(TPL)是從中藥雷公藤中分離得到的具有藥理活性的化合物,具有抗炎、抗腫瘤和免疫調(diào)節(jié)等生物學(xué)功能。基于TPL在心血管疾病中的治療應(yīng)用,TPL可能對MI有良好的治療效果。然而,TPL全身給藥可能會引起肝腎毒性,可通過原位注射在心臟內(nèi)局部緩釋來解決TPL肝腎毒性問題。聚乳酸-乙醇酸共聚物(PLGA)是一種可生物降解的共聚物。PLGA納米顆??梢园鞣N藥物,提高生物利用度并提供持續(xù)的藥物釋放,但PLGA納米顆粒的缺點(diǎn)之一是會發(fā)生藥物突釋,并且在突釋階段過度釋放藥物可能是有毒的。水凝膠是心臟組織工程中常用的材料,也是心肌組織修復(fù)藥物緩釋的良好平臺,因此可以考慮構(gòu)建水凝膠和PLGA納米顆粒雙重緩釋平臺。Pluronic F127是一種由聚環(huán)氧乙烷-聚環(huán)氧丙烷-聚環(huán)氧乙烷(PEO-PPO-PEO)組成的共聚物,可在體溫下轉(zhuǎn)變?yōu)槟z狀態(tài),在較低溫度下保持液態(tài)。F127水凝膠中的藥物通常會在4天內(nèi)釋放,可以防止PLGA納米顆粒在藥物釋放初期的藥物突釋。
該研究通過網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)評估了TPL抗心肌梗死的可能性和機(jī)制,作者設(shè)計了由TPL@PLGA和Pluronic F127組成的雙重緩釋系統(tǒng)(TPL@PLGA@F127)。TPL@PLGA納米顆??稍谒z中充分分散,實(shí)現(xiàn)TPL的長期釋放。TPL@PLGA@F127可避免PLGA引起的藥物突然釋放,為TPL治療提供可持續(xù)的支持。最后通過體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)評估了早期(MI術(shù)后3天)和后期(MI術(shù)后28天)對MI的影響以及早期對正常器官的毒性(流程圖如下)。
流程圖
基本信息
摘要
冠狀動脈閉塞導(dǎo)致的心肌梗死(MI)是全球心血管致殘和致死的主要原因??寡字委熢贛I治療中發(fā)揮著重要作用。雷公藤甲素(TPL)作為一種中藥單體,具有抗炎、抗腫瘤、免疫調(diào)節(jié)等多種生物學(xué)功能。但研究證明TPL水溶性差,具有明顯的肝腎毒性,因此制備水凝膠平臺(TPL@PLGA@F127),通過心肌內(nèi)注射測試了其在MI早期(MI術(shù)后3天)對正常器官的作用和毒性。結(jié)果表明TPL@PLGA@F127不僅能在心肌梗死術(shù)后第3天促進(jìn)巨噬細(xì)胞的"修復(fù)"極化(向M2巨噬細(xì)胞極化),而且在MI后期(MI術(shù)后28天)具有持久的抗炎作用。TPL@PLGA@F127可以更緩慢、更穩(wěn)定地釋放TPL減輕其毒性。通過觀察TPL@PLGA@F127對MI的長期影響,發(fā)現(xiàn)其具有改善心功能、抑制心肌纖維化、保護(hù)心肌細(xì)胞的作用。綜上所述,TPL@PLGA@F127不僅能增強(qiáng)TPL對MI的治療效果,還能減輕肝毒性和腎毒性,為TPL治療MI的臨床應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。
研究內(nèi)容及結(jié)果
1.TPL抗心肌梗死的網(wǎng)絡(luò)藥理分析
從數(shù)據(jù)庫(GeneCards、DrugBank、OMIM、CTD)和藥物數(shù)據(jù)庫(TCMSP、GeneCards)中分別獲得2005個與MI相關(guān)的基因和227個與TPL相關(guān)的基因,通過基因之間的相互作用獲得了126個與MI治療相關(guān)的核心基因(圖1A)并生成PPI網(wǎng)絡(luò)(圖1B),發(fā)現(xiàn)腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、白細(xì)胞介素6(IL-6)和白細(xì)胞介素-1β(IL-1β)位于網(wǎng)絡(luò)的核心。為確定TPL對MI作用的詳細(xì)機(jī)制,基于126個核心靶點(diǎn)進(jìn)行了GO富集,主要集中在生物過程(BP)(圖1C)的分析,基于PPI網(wǎng)絡(luò)和GO富集的生物信息,使用Cytoscape軟件形成了化合物-靶點(diǎn)-生物過程(C-TB)網(wǎng)絡(luò)(圖1D)。
圖1
2.TPL@PLGA@F127的表征
采用雙乳化-溶劑蒸發(fā)法合成具有球形結(jié)構(gòu)的TPL@PLGA(圖2A),PLGA和TPL@PLGA的平均水動力直徑、多分散指數(shù)(PDI)和Zeta電位分別為157.67±1.06 vs.163.63±3.72nm、0.24±0.02 vs. 0.24±0.02和-13.93±1.02 vs.-11.97±0.7mV,TPL@PLGA包封率為9.04%(圖2B)。在F127中加入PLGA納米顆粒并沒有顯著改變F127水凝膠的系數(shù),F(xiàn)127和TPL@PLGA@F127的相變臨界溫度均為23℃(圖2C)。
圖2
3.TPL在TPL@PLGA@F127平臺中的體外釋放和體內(nèi)滯留
TPL@F127在第4天體外釋放率接近100%,而TPL@PLGA和TPL@PLGA@F127的釋放率分別為56.21±3.53%和23.81±3.30%(圖2D)。將DIR標(biāo)記的DIR@PLGA和DIR@PLGA@F127注射到MI后1小時和24小時的大鼠心肌內(nèi)。注射后1h,部分DIR@PLGA已從心肌中脫落,而DIR@PLGA@F127則全部集中在注射部位。在24 h時,DIR@PLGA的熒光強(qiáng)度與背景熒光強(qiáng)度相同,而DIR@PLGA@F127仍然可以觀察到熒光(圖2E和F)。
4.TPL@PLGA@F127在體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中調(diào)節(jié)免疫過程
TPL濃度超過20nM時可顯著抑制巨噬細(xì)胞的活力,而TPL@PLGA或TPL@PLGA@F127處理的細(xì)胞,即使在較高的TPL濃度下也沒有明顯的抑制作用(圖3A)。20nM的TPL濃度下調(diào)了巨噬細(xì)胞表面CD86(M1巨噬細(xì)胞亞型標(biāo)記)的表達(dá),上調(diào)了CD206(M2巨噬細(xì)胞亞型標(biāo)記)的表達(dá)(圖3B)。TPL@PLGA@F127組和TPL@F127組在增加CD206陽性細(xì)胞和減少CD86陽性細(xì)胞方面效果更好(圖3C-E)。
圖3
5.TPL@PLGA@F127早期生物安全性評價
對各組大鼠主要臟器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行評估,TPL(i.p.)組肝組織炎性細(xì)胞浸潤、壞死、細(xì)胞結(jié)構(gòu)受損(箭頭所示),TPL(i.p.)組腎組織有嚴(yán)重的細(xì)胞水腫和空泡變性,而TPL@PLGA@F127組未觀察到這些異常(圖4)。
圖4
6.TPL@PLGA@F127具有優(yōu)異的長期抗炎效果
巨噬細(xì)胞是參與慢性炎癥過程的主要炎癥細(xì)胞,CD68是巨噬細(xì)胞的關(guān)鍵生物標(biāo)志物。TPL@PLGA+F127組巨噬細(xì)胞浸潤明顯少于TPL@F127組(圖5A,5B)。TPL@PLGA@F127在梗塞心肌中表達(dá)TNF-α較少,IL-10較多(圖5C-F)。
圖5
7.TPL@PLGA@F127抑制心肌細(xì)胞凋亡保護(hù)心肌微結(jié)構(gòu)
TPL@PLGA@F127組的TUNEL陽性細(xì)胞率低(圖6A-C)。TPL@PLGA@F127、TPL@PLGA和TPL@F127均能降低Caspase 3剪切體的表達(dá)(圖6D和E)。TPL@PLGA@F127組、TPL@PLGA組和TPL@F127組與生理鹽水組相比在梗死心肌中有更高的連接蛋白43(CX43)和α-肌動蛋白表達(dá)(圖6B)。TPL@PLGA@F127組與TPL@PLGA組和TPL@F127組相比,CX43和α-肌動蛋白的表達(dá)量最高(圖6F)。
圖6
8.TPL@PLGA@F127增強(qiáng)心肌梗死后的心功能
在治療后第28天通過超聲心動圖測定心臟功能(圖7)。與生理鹽水組相比,TPL@PLGA組、TPL@F127組和TPL@PLGA@F127組的左心室射血分?jǐn)?shù)(EF,圖7G)和縮短分?jǐn)?shù)(FS,圖7D)升高,舒張末期左心室內(nèi)徑(LVIDd,圖7C)、收縮末期左心室內(nèi)徑(LVIDs,圖7B)、舒張末期容積(EDV,圖7F)和收縮末期容積(ESV,圖7E)均有不同程度的下降(圖7A-G)。
圖7
9.TPL@PLGA@F127抑制心肌纖維化
生理鹽水組膠原體積最大,心室厚度最薄。與生理鹽水組相比,TPL@PLGA@F127組的心室厚度正常,膠原沉積更少(圖8A和8C-D)。TPL@PLGA@F127組的膠原I/III比值明顯低于其他組(圖8B,E)。TPL@PLGA@F127能顯著降低膠原I的表達(dá)和膠原I/III的比例(圖8F-H)。
圖8
結(jié)論
這項(xiàng)研究基于PLGA的緩慢降解、F127的心內(nèi)滯留以及二者之間的協(xié)同作用開發(fā)了一種長效水凝膠平臺(TPL@PLGA@F127)。研究結(jié)果表明TPL@PLGA@F127不僅對心肌梗死有良好的治療效果,還能減輕TPL對正常器官的毒性。TPL@PLGA@F127能在3天內(nèi)使巨噬細(xì)胞向抗炎表型(M2巨噬細(xì)胞)極化,從而更有效地減輕心肌梗死的炎癥過程,在早期階段保護(hù)心肌細(xì)胞,并長期改善心臟功能。
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