基于硅酸盐的疗法：通过 FOXO 信号通路抑制免疫炎症恶性循环治疗炎症性扩张型心肌病

《SCIENCE ADVANCES》：Silicate-based therapy for inflammatory dilated cardiomyopathy by inhibiting the vicious cycle of immune inflammation via FOXO signaling

炎症性扩张型心肌病（iDCM）治疗面临困境，当前疗法效果有限。研究人员开展基于硅酸盐生物陶瓷的治疗研究，设计复合微针和离子溶液。结果显示该疗法可调节细胞微环境，阻断炎症恶性循环。这为 iDCM 治疗提供新策略，具有重要意义。

　　在心脏疾病的研究领域中，炎症性扩张型心肌病（inflammatory dilated cardiomyopathy，iDCM）犹如一颗 “定时炸弹”，严重威胁着人类的健康。iDCM 是由心肌炎进展引发的严重免疫相关疾病，患者 10 年生存率不足 40%。它主要源于免疫系统在对抗如腺病毒、肠道病毒、细小病毒 B19 以及新冠病毒等时对心脏造成的损伤，即便病毒被清除，过度激活的免疫反应仍会持续，最终导致心肌纤维化病变。目前，临床治疗 iDCM 的常规心血管药物，只能延缓疾病进展，无法有效针对过度的免疫反应。而一些创新的免疫调节剂，如 IL-17A 抑制剂，也仅对心肌炎有缓解作用，对 iDCM 效果不佳。面对如此严峻的现状，为了寻找更有效的治疗方法，哈尔滨医科大学附属第二医院的研究人员开展了一项意义重大的研究。该研究成果发表在《SCIENCE ADVANCES》上，为 iDCM 的治疗带来了新的曙光。

研究人员为了深入探究 iDCM 的治疗方法，采用了多种关键技术方法。在动物实验方面，构建了小鼠 iDCM 模型和实验性自身免疫性心肌炎（experimental autoimmune myocarditis，EAM）模型，用于评估不同干预措施的治疗效果。在检测分析技术上，运用 RNA 测序来识别治疗后心肌组织基因表达的变化；通过免疫荧光染色、酶联免疫吸附测定（ELISA）等实验检测细胞和组织中的相关指标；还利用 Western blot 分析来研究蛋白质表达水平的变化 。

下面来看具体的研究结果：

• CS 治疗 iDCM：研究设计了两种基于 CS（calcium silicate，硅酸钙）的治疗方式，即局部使用负载 CS 的可溶性生物活性微针贴片（MN-CS）和全身注射 CS 离子溶液。通过对 iDCM 小鼠模型的研究发现，MN-CS 能显著改善左心室功能，降低病理组织学分级，减少纤维化程度和肌成纤维细胞标记物表达，同时抑制 CD4⁺T 细胞向 T_H17 细胞分化、减少中性粒细胞胞外陷阱（NETs）数量和巨噬细胞浸润，降低多种炎症细胞因子水平。CS 离子溶液治疗同样能缓解 iDCM 小鼠心脏功能恶化，减轻炎症和纤维化，抑制 T_H17 细胞和 NETs 数量，降低炎症细胞因子水平，且未引起肝肾功能损伤。比较两种治疗策略，MN-CS 在改善心脏功能和抑制纤维化方面效果更显著，而 CS 离子溶液在抑制炎症反应上表现更优。
• CS 离子溶液抑制心肌炎炎症：鉴于 CS 离子溶液在抑制炎症方面的优势，研究人员进一步研究其对心肌炎的作用。在 iDCM 诱导初期用 CS 离子溶液处理小鼠，结果显示，CS 离子溶液能显著减少心肌炎小鼠心脏组织的炎症细胞浸润，降低炎症程度的组织学分级，抑制 CD4⁺T 细胞向 T_H17 细胞转化，减少 NETs 数量，调节炎症细胞因子水平，降低巨噬细胞浸润。此外，在心肌炎进展为 iDCM 的过程中，CS 离子溶液能有效改善心脏功能，抑制左心室扩张和纤维化病变，表明其可抑制心肌炎向 iDCM 的进展。
• CS 上调心肌中的 FOXO 信号通路：为揭示 CS 治疗 iDCM 的潜在机制，研究人员对早期接受 CS 离子溶液治疗的 iDCM 小鼠心肌组织进行转录组测序分析。结果表明，CS 离子溶液干预显著改变了 iDCM 小鼠的基因表达模式，差异表达基因（DEGs）主要与 IL-17 信号通路、叉头盒 O（forkhead box O，FOXO）信号通路和细胞因子 - 细胞因子受体相互作用等关键通路相关。Western blot 分析证实，CS 治疗可诱导 FOXO1 和 FOXO3 表达，且 CS 可能通过调节腺苷 5′- 单磷酸激活的蛋白激酶（AMPK）/ 转化生长因子 -β（TGF-β）/Smad3 信号通路来激活 FOXO 信号通路。
• CS 通过 FOXO1 抑制 CD4⁺T 细胞分化为 T_H17 细胞：体外实验中，通过流式细胞术分析和 Western blot 检测发现，CS 离子溶液在一定浓度范围内能抑制 CD4⁺T 细胞向 T_H17 细胞分化，且该抑制作用呈浓度依赖性。进一步实验表明，CS 离子溶液通过激活 FOXO1，减少其磷酸化水平，增加总 FOXO1 表达，从而抑制 CD4⁺T 细胞分化为 T_H17 细胞，降低 IL-17A 炎症细胞因子水平。当转染 FOXO1 siRNA 沉默 FOXO1 表达后，CS 的抑制作用被显著削弱。
• CS 通过调节 FOXO3 抑制中性粒细胞分化为 NETs：在体外培养的中性粒细胞实验中，免疫荧光染色和 ELISA 分析显示，CS 离子溶液在一定浓度范围内能有效抑制中性粒细胞分化为 NETs，降低 NETs 标记物和 IL-1β 的表达水平。Western blot 检测发现，CS 离子溶液可降低磷酸化 FOXO3（p-FOXO3）水平，增加总 FOXO3（t-FOXO3）表达。转染 FOXO3 siRNA 抑制 FOXO3 表达后，CS 对中性粒细胞分化为 NETs 的抑制作用明显减弱，表明 CS 离子溶液通过激活 FOXO3 抑制中性粒细胞分化为 NETs。
• CS 通过 FOXO3 抑制成纤维细胞分化为肌成纤维细胞：对分离的心脏成纤维细胞研究发现，CS 离子溶液能抑制转化生长因子 -β（TGF-β）诱导的成纤维细胞向肌成纤维细胞分化，降低肌成纤维细胞标记物的表达，抑制 β-catenin 和 Smad3 的激活及核转位。Western blot 检测表明，CS 离子溶液可降低 p-FOXO3 水平，增加 t-FOXO3 表达。转染 FOXO3 siRNA 后，CS 对成纤维细胞向肌成纤维细胞分化的抑制作用受到抑制，进一步证实 CS 离子溶液通过调节 FOXO3 抑制成纤维细胞分化为肌成纤维细胞。
• 验证 CS 对 FOXO 的调节作用：在体内实验中，使用 FOXO 抑制剂 JY-2 后，CS 对 CD4⁺T 细胞、中性粒细胞和成纤维细胞分化的调节作用减弱，治疗效果降低。从接受 CS 和 JY-2 联合处理的小鼠中分离 CD4⁺T 细胞和中性粒细胞，发现 CS 对 FOXO1 和 FOXO3 的上调作用被有效抑制，这为 CS 通过调节 FOXO 治疗 iDCM 提供了直接的体内证据。
• CS 离子溶液调节多细胞相互作用：研究发现，CS 离子溶液可调节 FOXO 信号通路，抑制 CD4⁺T 细胞向 T_H17 细胞分化、中性粒细胞向 NETs 转化以及成纤维细胞向肌成纤维细胞分化。通过收集不同处理细胞的条件培养基进行实验，结果表明 CS 离子溶液可干扰 CD4⁺T/T_H17 细胞与中性粒细胞 / 成纤维细胞之间的相互作用，阻断心肌炎症的恶性循环和心肌纤维化病变的进展。

综合研究结论和讨论部分，这项研究意义非凡。研究人员利用基于硅酸钙生物陶瓷的复合微针和离子溶液治疗 iDCM，通过激活 FOXO 信号通路，系统地调节参与 iDCM 进展的免疫细胞，打破心肌炎症的恶性循环，阻止纤维化病变的发展。这种疗法既可以通过植入 MN-CS 进行局部治疗，展现出卓越的抗纤维化功效；也能够通过静脉注射 CS 离子溶液进行全身治疗，有效抑制全身炎症。虽然两种治疗策略都存在一定的局限性，但该研究为基于生物材料的 iDCM 治疗开辟了新方向，有望推动 iDCM 治疗方法的进一步发展，为众多患者带来新的希望。