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文献解读|具有肝肾毒性的雷公藤甲素可通过温敏性水凝胶局部给药方式治疗心肌梗死

2023-09-15

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文献背景


冠状动脉闭塞引起的心肌梗死(MI)是心血管疾病致残和死亡的主要原因。炎症和炎性细胞浸润是心肌损伤的重要指标。在心肌梗死早期,大量的炎性细胞被招募并分泌多种炎症介质,加剧了心肌损伤。心肌梗死后适当应用抗炎治疗可能是其治疗的关键步骤。

雷公藤甲素(TPL)是从中药雷公藤中分离得到的具有药理活性的化合物,具有抗炎、抗肿瘤和免疫调节等生物学功能。基于TPL在心血管疾病中的治疗应用,TPL可能对MI有良好的治疗效果。然而,TPL全身给药可能会引起肝肾毒性,可通过原位注射在心脏内局部缓释来解决TPL肝肾毒性问题。聚乳酸-乙醇酸共聚物(PLGA)是一种可生物降解的共聚物。PLGA纳米颗粒可以包裹各种药物,提高生物利用度并提供持续的药物释放,但PLGA纳米颗粒的缺点之一是会发生药物突释,并且在突释阶段过度释放药物可能是有毒的。水凝胶是心脏组织工程中常用的材料,也是心肌组织修复药物缓释的良好平台,因此可以考虑构建水凝胶和PLGA纳米颗粒双重缓释平台。Pluronic F127是一种由聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷(PEO-PPO-PEO)组成的共聚物,可在体温下转变为凝胶状态,在较低温度下保持液态。F127水凝胶中的药物通常会在4天内释放,可以防止PLGA纳米颗粒在药物释放初期的药物突释。

该研究通过网络药理学评估了TPL抗心肌梗死的可能性和机制,作者设计了由TPL@PLGA和Pluronic F127组成的双重缓释系统(TPL@PLGA@F127)。TPL@PLGA纳米颗粒可在水凝胶中充分分散,实现TPL的长期释放。TPL@PLGA@F127可避免PLGA引起的药物突然释放,为TPL治疗提供可持续的支持。最后通过体内和体外实验评估了早期(MI术后3天)和后期(MI术后28天)对MI的影响以及早期对正常器官的毒性(流程图如下)。

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流程图



基本信息


题目:

Triptolide with hepatotoxicity and nephrotoxicity used in local delivery treatment of myocardial infarction by thermosensitive hydrogel

期刊:

Journal of Nanobiotechnology

影响因子:10.2

PMID: 37461079 

通讯作者:

赵军 高再荣

作者单位:

同济大学医学院、上海东方医院等

索莱宝合作产品:

产品货号

产品名称

IT0310

Triptolide 雷公藤甲素

K010082P

Anti-CD86

Polyclonal Antibody



摘要


冠状动脉闭塞导致的心肌梗死(MI)是全球心血管致残和致死的主要原因。抗炎治疗在MI治疗中发挥着重要作用。雷公藤甲素(TPL)作为一种中药单体,具有抗炎、抗肿瘤、免疫调节等多种生物学功能。但研究证明TPL水溶性差,具有明显的肝肾毒性,因此制备水凝胶平台(TPL@PLGA@F127),通过心肌内注射测试了其在MI早期(MI术后3天)对正常器官的作用和毒性。结果表明TPL@PLGA@F127不仅能在心肌梗死术后第3天促进巨噬细胞的"修复"极化(向M2巨噬细胞极化),而且在MI后期(MI术后28天)具有持久的抗炎作用。TPL@PLGA@F127可以更缓慢、更稳定地释放TPL减轻其毒性。通过观察TPL@PLGA@F127对MI的长期影响,发现其具有改善心功能、抑制心肌纤维化、保护心肌细胞的作用。综上所述,TPL@PLGA@F127不仅能增强TPL对MI的治疗效果,还能减轻肝毒性和肾毒性,为TPL治疗MI的临床应用奠定了坚实的理论基础。



研究内容及结果



1.TPL抗心肌梗死的网络药理分析


从数据库(GeneCards、DrugBank、OMIM、CTD)和药物数据库(TCMSP、GeneCards)中分别获得2005个与MI相关的基因和227个与TPL相关的基因,通过基因之间的相互作用获得了126个与MI治疗相关的核心基因(图1A)并生成PPI网络(图1B),发现肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白细胞介素6(IL-6)和白细胞介素-1β(IL-1β)位于网络的核心。为确定TPL对MI作用的详细机制,基于126个核心靶点进行了GO富集,主要集中在生物过程(BP)(图1C)的分析,基于PPI网络和GO富集的生物信息,使用Cytoscape软件形成了化合物-靶点-生物过程(C-TB)网络(图1D)。

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图1


2.TPL@PLGA@F127的表征


采用双乳化-溶剂蒸发法合成具有球形结构的TPL@PLGA(图2A),PLGA和TPL@PLGA的平均水动力直径、多分散指数(PDI)和Zeta电位分别为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包封率为9.04%(图2B)。在F127中加入PLGA纳米颗粒并没有显著改变F127水凝胶的系数,F127和TPL@PLGA@F127的相变临界温度均为23℃(图2C)。

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图2


3.TPL在TPL@PLGA@F127平台中的体外释放和体内滞留


TPL@F127在第4天体外释放率接近100%,而TPL@PLGA和TPL@PLGA@F127的释放率分别为56.21±3.53%和23.81±3.30%(图2D)。将DIR标记的DIR@PLGA和DIR@PLGA@F127注射到MI后1小时和24小时的大鼠心肌内。注射后1h,部分DIR@PLGA已从心肌中脱落,而DIR@PLGA@F127则全部集中在注射部位。在24 h时,DIR@PLGA的荧光强度与背景荧光强度相同,而DIR@PLGA@F127仍然可以观察到荧光(图2E和F)。


4.TPL@PLGA@F127在体外和体内实验中调节免疫过程


TPL浓度超过20nM时可显著抑制巨噬细胞的活力,而TPL@PLGA或TPL@PLGA@F127处理的细胞,即使在较高的TPL浓度下也没有明显的抑制作用(图3A)。20nM的TPL浓度下调了巨噬细胞表面CD86(M1巨噬细胞亚型标记)的表达,上调了CD206(M2巨噬细胞亚型标记)的表达(图3B)。TPL@PLGA@F127组和TPL@F127组在增加CD206阳性细胞和减少CD86阳性细胞方面效果更好(图3C-E)。

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图3


5.TPL@PLGA@F127早期生物安全性评价


对各组大鼠主要脏器的结构进行评估,TPL(i.p.)组肝组织炎性细胞浸润、坏死、细胞结构受损(箭头所示),TPL(i.p.)组肾组织有严重的细胞水肿和空泡变性,而TPL@PLGA@F127组未观察到这些异常(图4)。

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图4


6.TPL@PLGA@F127具有优异的长期抗炎效果


巨噬细胞是参与慢性炎症过程的主要炎症细胞,CD68是巨噬细胞的关键生物标志物。TPL@PLGA+F127组巨噬细胞浸润明显少于TPL@F127组(图5A,5B)。TPL@PLGA@F127在梗塞心肌中表达TNF-α较少,IL-10较多(图5C-F)。

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图5


7.TPL@PLGA@F127抑制心肌细胞凋亡保护心肌微结构


TPL@PLGA@F127组的TUNEL阳性细胞率低(图6A-C)。TPL@PLGA@F127、TPL@PLGA和TPL@F127均能降低Caspase 3剪切体的表达(图6D和E)。TPL@PLGA@F127组、TPL@PLGA组和TPL@F127组与生理盐水组相比在梗死心肌中有更高的连接蛋白43(CX43)和α-肌动蛋白表达(图6B)。TPL@PLGA@F127组与TPL@PLGA组和TPL@F127组相比,CX43和α-肌动蛋白的表达量最高(图6F)。

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图6


8.TPL@PLGA@F127增强心肌梗死后的心功能


在治疗后第28天通过超声心动图测定心脏功能(图7)。与生理盐水组相比,TPL@PLGA组、TPL@F127组和TPL@PLGA@F127组的左心室射血分数(EF,图7G)和缩短分数(FS,图7D)升高,舒张末期左心室内径(LVIDd,图7C)、收缩末期左心室内径(LVIDs,图7B)、舒张末期容积(EDV,图7F)和收缩末期容积(ESV,图7E)均有不同程度的下降(图7A-G)。

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图7


9.TPL@PLGA@F127抑制心肌纤维化


生理盐水组胶原体积最大,心室厚度最薄。与生理盐水组相比,TPL@PLGA@F127组的心室厚度正常,胶原沉积更少(图8A和8C-D)。TPL@PLGA@F127组的胶原I/III比值明显低于其他组(图8B,E)。TPL@PLGA@F127能显著降低胶原I的表达和胶原I/III的比例(图8F-H)。

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图8



结论


这项研究基于PLGA的缓慢降解、F127的心内滞留以及二者之间的协同作用开发了一种长效水凝胶平台(TPL@PLGA@F127)。研究结果表明TPL@PLGA@F127不仅对心肌梗死有良好的治疗效果,还能减轻TPL对正常器官的毒性。TPL@PLGA@F127能在3天内使巨噬细胞向抗炎表型(M2巨噬细胞)极化,从而更有效地减轻心肌梗死的炎症过程,在早期阶段保护心肌细胞,并长期改善心脏功能。


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