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用
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)生及進展的關鍵病因驅動因素，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。構建得到的SS-HPT/Drd5質粒復合物可改善橫向主動脈縮窄術（TAC）誘導的左心室肥厚，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。相關研究結果表明，SS-HPT/Drd5質粒復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質粒復合物介導左心室肥厚惡化或改善的機制
實驗結果（部分）：
SS-HPT/Drd5復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核酸形成納米復合物，由瓊脂糖凝膠電泳結果可知（圖1a），重量比為2時，SS-HPT可完全縮合Drd5。通過內吞和微胞飲作用，SS-HPT/Drd5復合物可內化到細胞中。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質粒的效果，Western blotting和RT-PCR結果顯示，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復合物在患有左心室肥厚的TAC小鼠中的體內分布
將熒光染料CY7與SS-HPT偶聯(lián)后，與Drd5質�；駾rd5 siRNA混合，經尾靜脈注射到TAC處理后2周的小鼠以及模擬對照組小鼠體內。利用熒光發(fā)射斷層掃描技術（FLECT/CT）檢測SS-HPT/Drd5復合物在小鼠體內的分布情況。TAC后6周處死小鼠，并收集心臟和腎臟組織（圖2a）。
根據所獲得的FLECT/CT三維熒光掃描圖像，可清晰觀察到SS-HPT/Drd5復合物在小鼠心臟和肝臟部位富集，熒光定量分析結果顯示，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質粒處理后，TAC小鼠心臟的病變情況。結果顯示，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質粒可以減輕TAC小鼠左心室肥厚的發(fā)展，改善相關癥狀（圖3b-d），說明SS-HPT/Drd5質粒對壓力超負荷引起的左心室肥厚具有治療作用。
相關機制性研究表明，在左心室肥厚的早期階段，SS-HPT/Drd5質�？梢鹦呐K特異性的D5R表達增加，通過防止氧化、減輕自噬失調以及預防心肌細胞內質網應激，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。
技術聚焦：
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分布情況進行監(jiān)測。熒光發(fā)射斷層掃描（FLECT/CT）技術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)在實驗動物體內的富集部位。在心血管疾病研究領域，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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