三维活体成像在核酸递送系统对左心室肥厚的正反疗效研究中的应用
2022-11-16 来源:本站 点击次数:717期刊名称：Advanced Science （IF＞15）
原文标题：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.
发表时间：2021
DOI：10.1002/advs.202003706
概述：压力超负荷引起的左心室肥厚和纤维化，是导致心力衰竭的主要危险因素，因此迫切需要找出针对左心室肥厚发生及进展的关键病因驱动因素，以有效改善临床治疗效果。多巴胺D5受体（D5R）对维持心脏功能具有重要作用，有研究表明，对小鼠进行D5R基因敲除后，会导致其高血压及左心室肥厚，因此，心脏特异性的D5R递送疗法可能是改善心脏功能的一种新颖有效的基因治疗策略。以妥布霉素为基础的超支化聚氨基糖苷（SS-HPT），具有良好的生物相容性，在不同细胞系中均具有较高的基因递送能力，可作为优良的核酸药物体内递送载体。
研究人员发现心脏D5R的表达在左心室肥厚进展过程中持续下降。构建得到的SS-HPT/Drd5质粒复合物可改善横向主动脉缩窄术（TAC）诱导的左心室肥厚，而SS-HPT/Drd5 siRNA则使左心室肥厚进一步恶化。此外，对收集到的肥厚型心肌病（HCM）和心力衰竭患者的心脏样本进行检测，发现其心脏D5R表达同样呈下降趋势。相关研究结果表明，SS-HPT/Drd5质粒复合物在临床治疗心力衰竭方面，可能是一种有效的治疗方法。
图示：SS-HPT/Drd5 siRNA或SS-HPT/Drd5质粒复合物介导左心室肥厚恶化或改善的机制
实验结果（部分）：
SS-HPT/Drd5复合物的表征及体外基因表达测定
S-HPT通过静电作用压缩Drd5核酸形成纳米复合物，由琼脂糖凝胶电泳结果可知（图1a），重量比为2时，SS-HPT可完全缩合Drd5。通过内吞和微胞饮作用，SS-HPT/Drd5复合物可内化到细胞中。由于二硫键的还原性，SS-HPT被降解为小分子，促进Drd5 siRNA或Drd5质粒释放。无SS-HPT的Drd5核酸递送则不会改变细胞中D5R的表达。另一方面，分别检测SS-HPT和聚乙烯亚胺（PEI）在H9c2细胞中递送Drd5 siRNA或Drd5质粒的效果，Western blotting和RT-PCR结果显示，与PEI相比，SS-HPT/Drd5 siRNA组中，D5R蛋白表达及其mRNA的下降幅度更大，而SS-HPT/Drd5质粒组中，D5R的表达增幅更大，说明SS-HPT具有更好的递送效果(图1f，g)。
SS-HPT/Drd5复合物在患有左心室肥厚的TAC小鼠中的体内分布
将荧光染料CY7与SS-HPT偶联后，与Drd5质粒或Drd5 siRNA混合，经尾静脉注射到TAC处理后2周的小鼠以及模拟对照组小鼠体内。利用荧光发射断层扫描技术（FLECT/CT）检测SS-HPT/Drd5复合物在小鼠体内的分布情况。TAC后6周处死小鼠，并收集心脏和肾脏组织（图2a）。
根据所获得的FLECT/CT三维荧光扫描图像，可清晰观察到SS-HPT/Drd5复合物在小鼠心脏和肝脏部位富集，荧光定量分析结果显示，TAC小鼠心脏部位的荧光强度比对照组小鼠高出两倍，但两组小鼠肝脏中的荧光强度相似(图2b-d)，说明相较于其他器官，SSHPT/Drd5复合物可以更好地运送至TAC小鼠受损的心脏中，并通过肝脏进行分解代谢。
SS-HPT/Drd5复合物对左心室肥厚的正反疗效探究
TAC小鼠心脏D5R蛋白表达随时间呈下降趋势（图3a）。
研究人员进一步检测了用SS-HPT/Drd5 siRNA或SS-HPT/Drd5质粒处理后，TAC小鼠心脏的病变情况。结果显示，相较于对照组小鼠，TAC小鼠的心脏更大，心脏重量/体重比增加；用SS-HPT/Drd5 siRNA处理的TAC小鼠心脏进一步增大，心肌细胞肥大的症状加重；而SS-HPT/Drd5质粒可以减轻TAC小鼠左心室肥厚的发展，改善相关症状（图3b-d），说明SS-HPT/Drd5质粒对压力超负荷引起的左心室肥厚具有治疗作用。
相关机制性研究表明，在左心室肥厚的早期阶段，SS-HPT/Drd5质粒可引起心脏特异性的D5R表达增加，通过防止氧化、减轻自噬失调以及预防心肌细胞内质网应激，有效减轻心脏肥大和纤维化；相比之下，SS-HPT/Drd5 siRNA则会促进左心室肥厚的发展，加速心肌功能恶化至心力衰竭。这些发现可以为左心室肥厚或心力衰竭患者进行D5R补充治疗提供理论依据。
技术聚焦：
心脏特异性的Drd5核酸递送有望成为一种有效的左心室肥厚治疗方法。在此类靶向治疗策略的研究过程中，需要对SS-HPT递送核酸药物后的体内分布情况进行监测。荧光发射断层扫描（FLECT/CT）技术可以很好地满足研究人员的监测需求，对递送系统偶联的荧光信号进行无损耗的三维重现，有效解决传统成像设备荧光探测深度不够、二维光斑不能精确定位和重建等问题，直观而准确地呈现药物系统在实验动物体内的富集部位。在心血管疾病研究领域，FLECT/CT对于活体动物的靶向成像功能，可以有效缩短实验设计流程，减少时间和动物消耗，为研究人员提供快速且有效的药效评估手段。
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