基于中性粒细胞靶向纳米系统的丹参酮IIA与芒柄花素协同治疗心肌梗死的生物活性材料研究

为解决心肌梗死(MI)后心肌细胞凋亡和血管再生不足的难题，Shuai Mao团队开发了中性粒细胞靶向纳米颗粒TF-5NP，通过髓过氧化物酶(MPO)响应性释放丹参酮IIA(TIIA)和芒柄花素(FM)。该研究证实TF-5NP能锚定心肌肌钙蛋白T(cTnT)，持续28天减轻氧化损伤、促进血管新生，在猪模型中将左室射血分数(LVEF)提升至39.13%。这项发表于《Bioactive Materials》的成果为心梗后心室重构提供了创新治疗策略。

　　

心肌梗死是全球致死的主要原因，现有血管再通治疗虽能开通闭塞冠脉，却无法阻止心肌细胞持续凋亡和心室不良重构。传统中药丹参和黄芪的活性成分——丹参酮IIA(TIIA)与芒柄花素(FM)分别具有抗氧化和促血管生成作用，但存在心脏靶向性差、半衰期短等瓶颈。如何实现药物在跳动心脏中的长效滞留，成为突破治疗困境的关键。

为解决这一难题，Shuai Mao团队创新性地设计了中性粒细胞靶向纳米系统TF-5NP。该系统通过双-5羟色胺(bis-5HT)修饰的DSPE-PEG-COOH与胆固醇(Chol)、DSPG共组装，负载TIIA和FM。当纳米颗粒抵达梗死区后，中性粒细胞分泌的MPO催化bis-5HT形成二聚体，既增大颗粒尺寸实现滞留，又能锚定心肌损伤标志物cTnT，在猪模型中实现28天的长效药物释放。

研究采用透射电镜(TEM)和动态光散射(DLS)表征纳米颗粒的MPO响应性形变，通过活死细胞染色、流式细胞术(FCM)和TUNEL检测评估心肌细胞保护效果。在斑马鱼心梗模型中，TF-5NP使心输出量显著提升，并促进节间血管(ISV)新生。猪模型实验通过心脏磁共振(MRI)证实，治疗组左室收缩末期容积(LVESV)降低，梗死面积从31.42%降至11.49%。RNA测序揭示其通过VEGF信号通路和细胞外基质(ECM)重构发挥作用。

主要技术方法

1. 1.

   纳米颗粒制备：采用薄膜水化法构建TF-5NP，通过核磁共振(NMR)验证bis-5HT修饰

2. 2.

   细胞实验：缺氧条件下的人脐静脉内皮细胞(HUVEC)迁移和成管实验评估促血管效应

3. 3.

   动物模型：建立斑马鱼(AB系和Tg(fli1:EGFP)系)心功能损伤模型和西藏小型猪心梗模型

4. 4.

   影像学分析：心脏MRI量化左室功能，荧光成像追踪cy5.5标记纳米颗粒的体内分布

5. 5.

   分子机制：Western blot检测线粒体蛋白TOM20/40，免疫荧光分析CD31/α-SMA表达

研究结果

3.1 炎症激活的尺寸可变和cTnT锚定NPs

TF-5NP在MPO/H₂O₂作用下粒径从135.65 nm增至527.46 nm，透射电镜显示颗粒形成链状结构。免疫荧光证实其能特异性结合梗死区cTnT，酸性环境(pH 6.5)下药物释放速率提升54.8%。

3.2 NPs促进药物内化并增强缺氧心肌细胞存活

CCK-8实验显示TF-5NP组HUVEC存活率较游离药物组提高2.1倍。TUNEL染色表明其将猪心肌细胞凋亡率从27.04%降至9.85%，同时上调抗凋亡蛋白Bcl-2表达。

3.3 NPs体外促进血管新生和线粒体功能

Matrigel实验显示TF-5NP使HUVEC管状结构分支点增加44%。MitoTracker检测证实其能恢复线粒体膜电位，ATP产量提升3.7倍。

3.6 NPs在猪心梗模型中实现28天长效滞留

荧光示踪显示cy5.5-5NP在心脏的滞留时间是普通纳米颗粒的4.3倍。CD31免疫染色证实药物主要分布在血管内皮和平滑肌区域。

3.8 NPs改善心室重构的机制

RNA-seq发现TF-5NP调控888个差异基因，涉及VEGF信号通路和ECM-受体相互作用。电镜观察到治疗组线粒体嵴结构完整，Western blot显示TOM20表达量恢复至 sham组的82%。

这项研究开创性地将中药活性成分与智能纳米递送系统结合，通过中性粒细胞-心肌双靶向策略，解决了心血管药物递送的世界性难题。TF-5NP不仅能延长药物作用时间，还通过协同抗氧化和促血管机制改善心功能，为临床转化提供了新思路。研究涉及的MPO响应性材料设计和大型动物模型验证，对组织特异性递药系统的开发具有广泛借鉴意义。