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三維活體成像在核酸遞送系統(tǒng)對左心室肥厚的正反療效研究中的應(yīng)用

瀏覽次數(shù):584 發(fā)布日期:2022-11-16  來源:本站 僅供參考,謝絕轉(zhuǎn)載,否則責任自負

期刊名稱:Advanced Science (IF>15)

原文標題:Reversible Treatment of Pressure Overload-Induced Left Ventricular Hypertrophy through Drd5 Nucleic Acid Delivery Mediated by Functional Polyaminoglycoside

作者:Xiaoliang Jiang, Meiyu Shao, Xue Liu, et, al.

發(fā)表時間:2021

DOI:10.1002/advs.202003706

概述:
壓力超負荷引起的左心室肥厚和纖維化,是導(dǎo)致心力衰竭的主要危險因素,因此迫切需要找出針對左心室肥厚發(fā)生及進展的關(guān)鍵病因驅(qū)動因素,以有效改善臨床治療效果。多巴胺D5受體(D5R)對維持心臟功能具有重要作用,有研究表明,對小鼠進行D5R基因敲除后,會導(dǎo)致其高血壓及左心室肥厚,因此,心臟特異性的D5R遞送療法可能是改善心臟功能的一種新穎有效的基因治療策略。以妥布霉素為基礎(chǔ)的超支化聚氨基糖苷(SS-HPT),具有良好的生物相容性,在不同細胞系中均具有較高的基因遞送能力,可作為優(yōu)良的核酸藥物體內(nèi)遞送載體。
研究人員發(fā)現(xiàn)心臟D5R的表達在左心室肥厚進展過程中持續(xù)下降。構(gòu)建得到的SS-HPT/Drd5質(zhì)粒復(fù)合物可改善橫向主動脈縮窄術(shù)(TAC)誘導(dǎo)的左心室肥厚,而SS-HPT/Drd5 siRNA則使左心室肥厚進一步惡化。此外,對收集到的肥厚型心肌。℉CM)和心力衰竭患者的心臟樣本進行檢測,發(fā)現(xiàn)其心臟D5R表達同樣呈下降趨勢。相關(guān)研究結(jié)果表明,SS-HPT/Drd5質(zhì)粒復(fù)合物在臨床治療心力衰竭方面,可能是一種有效的治療方法。

圖示:SS-HPT/Drd5 siRNA或SS-HPT/Drd5質(zhì)粒復(fù)合物介導(dǎo)左心室肥厚惡化或改善的機制

實驗結(jié)果(部分):

SS-HPT/Drd5復(fù)合物的表征及體外基因表達測定S-HPT通過靜電作用壓縮Drd5核酸形成納米復(fù)合物,由瓊脂糖凝膠電泳結(jié)果可知(圖1a),重量比為2時,SS-HPT可完全縮合Drd5。通過內(nèi)吞和微胞飲作用,SS-HPT/Drd5復(fù)合物可內(nèi)化到細胞中。由于二硫鍵的還原性,SS-HPT被降解為小分子,促進Drd5 siRNA或Drd5質(zhì)粒釋放。無SS-HPT的Drd5核酸遞送則不會改變細胞中D5R的表達。
另一方面,分別檢測SS-HPT和聚乙烯亞胺(PEI)在H9c2細胞中遞送Drd5 siRNA或Drd5質(zhì)粒的效果,Western blotting和RT-PCR結(jié)果顯示,與PEI相比,SS-HPT/Drd5 siRNA組中,D5R蛋白表達及其mRNA的下降幅度更大,而SS-HPT/Drd5質(zhì)粒組中,D5R的表達增幅更大,說明SS-HPT具有更好的遞送效果(圖1f,g)。

SS-HPT/Drd5復(fù)合物在患有左心室肥厚的TAC小鼠中的體內(nèi)分布

將熒光染料CY7與SS-HPT偶聯(lián)后,與Drd5質(zhì)粒或Drd5 siRNA混合,經(jīng)尾靜脈注射到TAC處理后2周的小鼠以及模擬對照組小鼠體內(nèi)。利用熒光發(fā)射斷層掃描技術(shù)(FLECT/CT)檢測SS-HPT/Drd5復(fù)合物在小鼠體內(nèi)的分布情況。TAC后6周處死小鼠,并收集心臟和腎臟組織(圖2a)。

根據(jù)所獲得的FLECT/CT三維熒光掃描圖像,可清晰觀察到SS-HPT/Drd5復(fù)合物在小鼠心臟和肝臟部位富集,熒光定量分析結(jié)果顯示,TAC小鼠心臟部位的熒光強度比對照組小鼠高出兩倍,但兩組小鼠肝臟中的熒光強度相似(圖2b-d),說明相較于其他器官,SSHPT/Drd5復(fù)合物可以更好地運送至TAC小鼠受損的心臟中,并通過肝臟進行分解代謝。

SS-HPT/Drd5復(fù)合物對左心室肥厚的正反療效探究

TAC小鼠心臟D5R蛋白表達隨時間呈下降趨勢(圖3a)。
研究人員進一步檢測了用SS-HPT/Drd5 siRNA或SS-HPT/Drd5質(zhì)粒處理后,TAC小鼠心臟的病變情況。結(jié)果顯示,相較于對照組小鼠,TAC小鼠的心臟更大,心臟重量/體重比增加;用SS-HPT/Drd5 siRNA處理的TAC小鼠心臟進一步增大,心肌細胞肥大的癥狀加重;而SS-HPT/Drd5質(zhì)?梢詼p輕TAC小鼠左心室肥厚的發(fā)展,改善相關(guān)癥狀(圖3b-d),說明SS-HPT/Drd5質(zhì)粒對壓力超負荷引起的左心室肥厚具有治療作用。

相關(guān)機制性研究表明,在左心室肥厚的早期階段,SS-HPT/Drd5質(zhì)粒可引起心臟特異性的D5R表達增加,通過防止氧化、減輕自噬失調(diào)以及預(yù)防心肌細胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激,有效減輕心臟肥大和纖維化;相比之下,SS-HPT/Drd5 siRNA則會促進左心室肥厚的發(fā)展,加速心肌功能惡化至心力衰竭。這些發(fā)現(xiàn)可以為左心室肥厚或心力衰竭患者進行D5R補充治療提供理論依據(jù)。

技術(shù)聚焦:

心臟特異性的Drd5核酸遞送有望成為一種有效的左心室肥厚治療方法。在此類靶向治療策略的研究過程中,需要對SS-HPT遞送核酸藥物后的體內(nèi)分布情況進行監(jiān)測。熒光發(fā)射斷層掃描(FLECT/CT)技術(shù)可以很好地滿足研究人員的監(jiān)測需求,對遞送系統(tǒng)偶聯(lián)的熒光信號進行無損耗的三維重現(xiàn),有效解決傳統(tǒng)成像設(shè)備熒光探測深度不夠、二維光斑不能精確定位和重建等問題,直觀而準確地呈現(xiàn)藥物系統(tǒng)在實驗動物體內(nèi)的富集部位。在心血管疾病研究領(lǐng)域,F(xiàn)LECT/CT對于活體動物的靶向成像功能,可以有效縮短實驗設(shè)計流程,減少時間和動物消耗,為研究人員提供快速且有效的藥效評估手段。


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