編者按
當前，心肌梗死（MI）導致的心力衰竭是全球主要的健康問題之一，其通常由冠狀動脈阻塞引起，心肌細胞大量凋亡，進而導致心室重構和心力衰竭?，F有的血管重建療法無法完全恢復梗死心肌或阻止不良心室重構，而中藥因其多靶點調控和良好的生物安全性，展現出良好的治療潛力。丹參酮ⅡA（TIIA）和芒柄花素（FM），這兩種分別來源于丹參和黃芪的生物活性化合物，具有抗氧化、抗炎和促血管再生等作用，被認為是治療心肌梗死（MI）的潛力藥物組合。
本期我們分享2025年12月初，由廣東省中醫院、南方醫科大學第十附屬醫院（東莞市人民醫院）等共同發表在Bioactive Materials（IF=20.3）上的最新研究成果，該研究開發了一種靶向中性粒細胞的納米藥物顆粒TF-5NP，并利用斑馬魚等多種模型，驗證了其可用于遞送兩種從中藥提取的活性成分——丹參酮IIA（TIIA）和芒柄花素（FM），減輕氧化損傷并促進血管再生，并改善心肌梗死模型中的心臟功能，其治療效果可持續約28天，為心肌梗死后的協同治療和中藥現代化遞送提供了有前景的新策略。
本研究中，環特生物提供的斑馬魚心衰實驗等服務支持，進一步驗證了中性粒細胞靶向的納米顆粒TF-5NP，可以改善心臟形態與功能，并促進血管新生，揭示了TF-5NP可以實現向梗死心肌遞送TIIA和FM，對心肌梗死（MI）的治療效果與機制。（模型詳情：1.斑馬魚心衰模型；2.斑馬魚血管再生模型）
01、研究亮點
成功開發了一種靶向中性粒細胞的納米顆粒TF-5NP，通過共組裝用于向梗死心肌遞送中藥活性成分丹參酮IIA（TIIA）和芒柄花素（FM），以減輕氧化損傷并促進血管再生；
利用斑馬魚、細胞、豬等多模型，系統驗證了納米顆粒的治療效果與機制，發現TF-5NP能有效減輕氧化損傷和炎癥、抑制心肌細胞凋亡/焦亡、促進血管新生，從而顯著改善心臟功能、減少梗死面積和纖維化、抑制不良心室重構；
利用豬心肌梗死模型實現了長效治療，藥物在心臟中滯留長達28天，顯著減少梗死面積和膠原沉積，減輕心室重構，且無明顯系統毒性，安全性良好；
初步闡明了TF-5NP改善心室重構的作用機制。
圖形摘要
02、主要研究成果
1. 構建炎癥激活、尺寸可變且可錨定cTnT的納米顆粒TF-5NP
研究人員利用雙-5-羥色胺（bis-5HT）修飾1,2-二硬脂酰-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺-聚乙二醇-羧酸（DSPE-PEG-COOH），設計合成了一種中性粒細胞靶向的、尺寸可變的納米藥物顆粒TF-5NP，并將其與膽固醇（Chol）和脂質1,2-二硬脂酰-sn-甘油-3-磷酸甘油（DSPG）共組裝，合成脂質納米顆粒（5NP），負載中藥活性成分丹參酮IIA（TIIA）和芒柄花素（FM）。結果顯示，納米顆粒TF-5NP表面修飾的bis-5HT基團，可以被MPO激活，發生交聯，導致納米顆粒尺寸變大，從而滯留在炎癥部位。TF-5NP在正常環境下粒徑約為135.65 nm，而MPO和H?O?的共同作用下，其粒徑顯著增大至約527.46nm，形成交聯結構。
激活后的納米顆粒還能與梗死心肌中的心肌肌鈣蛋白T（cTnT）結合，進一步增強在靶部位的保留，實現對梗死心肌的錨定。在豬心肌梗死模型中，靜脈注射14天后，經bis-5HT修飾的TF-5NP（cy5.5-5NP）在梗死心肌組織中的熒光信號與cTnT抗體信號高度共定位，證實了其錨定cTnT的能力。在模擬梗死區酸性環境（pH 6.5）和MPO/H?O?存在的條件下，中藥活性成分丹參酮IIA（TIIA）和芒柄花素（FM）能從TF-5NP中持續釋放長達30天，在梗死心肌區域實現藥物的長期保留和緩釋。
圖1
2. TF-5NP在細胞水平上增強細胞存活、抑制凋亡并促進血管再生
隨后，研究人員使用Cy5.5標記的納米顆粒NP，觀察了細胞對納米顆粒的攝取情況，發現在血管內皮細胞中，TF-5NP比非靶向納米顆粒具有更快的攝取效率和更長的滯留時間。在缺氧條件下，TF-5NP能更有效地逆轉細胞增殖抑制，并將細胞凋亡率降至最低（約9.85%），顯著低于TF-NP組的14.21%和TIIA+FM藥物組合的27.04%。
進一步通過雙免疫熒光染色實驗，研究人員探究了TF-5NP在體外對新生大鼠心肌細胞缺氧損傷的保護作用。結果顯示，TF-5NP能上調抗凋亡蛋白Bcl-2，下調促凋亡蛋白Bax和cleaved Caspase-3的表達，從而減輕心肌細胞凋亡。因此，TF-5NP具有良好的細胞攝取能力，并能有效保護心肌細胞免受缺氧損傷，抑制細胞凋亡。
圖2
為了研究TF-5NP在心肌梗死(MI)治療中的機制，研究人員還通過細胞遷移和管狀形成實驗，評估了TF-5NP對人臍靜脈內皮細胞（HUVECs）的影響。實驗結果表明，TF-5NP能顯著促進內皮細胞遷移，也能顯著促進內皮細胞形成管狀結構，其表現為管狀分支數量增多。進一步研究結果表明，在經TF-5NP 處理的內皮細胞中，與血管生成相關的蛋白質，如血管內皮生長因子（VEGF）、血小板衍生生長因子（PDGF）和成纖維細胞生長因子（FGF）等關鍵促血管生成蛋白的表達顯著上調。
線粒體是心肌細胞的主要能量來源，其主要通過氧化酸化過程生成腺苷三磷酸(ATP)，從而為心肌細胞提供能量。研究人員通過探究TF-5NP 對線粒體的影響，結果顯示，TF-5NP處理提高了細胞內的ATP水平。其中，TF-5NP增強了線粒體熒光強度，表明活性增強；降低了線粒體ROS水平，表明減輕了氧化損傷；提高了線粒體膜電位，表明改善了能量代謝。因此，TF-5NP不僅能保護心肌細胞，還能有效促進血管生成，并通過改善線粒體活性、抗氧化、膜電位等功能，來支持細胞能量供應，有助于保護內皮細胞免受損傷。
圖3
3. 斑馬魚實驗證實，TF-5NP可以改善心臟形態與功能，并促進血管再生
接著，研究人員利用維拉帕米 (Verapamil) 誘導的斑馬魚心衰模型，評估了TF-5NP對心臟形態和功能的影響。通過觀察不同藥物處理組的斑馬魚心臟功能及血管生成水平，結果顯示，TF-5NP能顯著減輕維拉帕米誘導的心臟功能障礙，減少心臟擴大和靜脈淤血。定量分析進一步證實，TF-5NP能夠縮小斑馬魚心臟的擴大區域，并減輕其靜脈充血情況。
為了評估TF-5NP對心室形態的影響，研究人員利用轉基因斑馬魚模型發現，相較于對照組，TF-5NP處理過的斑馬魚，心肌細胞擴張程度、心竇-動脈球（SV-BA）距離均更顯著，TF-5NP處理有助于恢復心肌細胞形態，縮短心竇-動脈球距離，表明其在保護心臟功能和形態方面具有良好的效果。此外，TF-5NP也顯著改善了斑馬魚的心率、血流速度和心輸出量等心功能參數，心臟形態和結構以及功能均明顯改善，這進一步證實了TF-5NP對心臟形態的保護作用。
為了評估TF-5NP的促進斑馬魚血管再生作用，研究人員使用轉基因斑馬魚Tg(fli1:EGFP)，觀察了斑馬魚48小時內各間段血管(ISV)、背主動脈(DA)和后主脈(PCV)的發育情況。定量分析顯示，TF-5NP處理增加了節間血管的數量和平均長度，促進了腸下血管的形成和面積，并增加了背主動脈和后主靜脈的直徑，還顯著上調了vegfaa 和vegfr1的mRNA表達。這表明，TF-5NP能夠顯著促進斑馬魚的血管再生，這與其上調VEGF通路相關，為心臟修復提供了血液支持。
圖4
4. TF-5NP在豬心肌梗死模型中實現長達28天的長效治療，顯著改善心功能與心室重構
隨后，研究人員為了進一步驗證大動物的體內靶向效果，構建了豬心肌梗死模型并追蹤藥物分布。結果顯示，TF-5NP在豬心臟中的滯留時間顯著長于游離藥物和非靶向納米顆粒，可持續至少28天。進一步探究藥物的靶向特異性發現，藥物在心肌組織和血管平滑肌中均有良好滲透和保留。TF-5NP能有效靶向中性粒細胞浸潤的梗死區域，并與MPO共定位，驗證了其設計機制。
通過利用豬心肌梗死模型開展長期療效研究，結果顯示，TF-5NP 治療 28 天后，可以有效改善心臟結構與功能，其表現為減小梗死面積；TF-5NP治療組梗死面積百分比（11.49%）顯著小于模型組（21.42%）、游離藥物組（23.01%）和非靶向納米顆粒組（21.35%）。HE 與 Masson 染色顯示，TF-5NP組心肌膠原纖維沉積（12.5%）遠低于模型組（34.33%）；TF-5NP能有效減少MI后心肌細胞的代償性肥大。心臟磁共振也顯示，TF-5NP治療顯著改善了左心室射血分數（LVEF: 39.13%，模型組：25.38%），并降低了左心室收縮末期和舒張末期容積，表明心臟泵血功能得到恢復，不良心室重構被抑制。在安全性方面，經過28天的治療后，豬的體重無顯著變化，肝、脾、肺、腎等主要器官的組織學檢查未發現炎癥反應或損傷跡象。
圖5
圖6
5. TF-5NP改善心室重構的作用機制探究
為了闡明TF-5NP改善心室重構的作用機制，研究人員對經心臟缺血處理后的組織進行了RNA-seq分析，發現TF-5NP治療影響了與血管生成、免疫系統過程、細胞外基質、線粒體等功能相關的基因表達。通路富集分析提示其作用與VEGF信號、細胞外基質-受體相互作用、mTOR信號、鐵死亡等通路相關。為驗證測序結果的有效性，通過透射電鏡顯示，TF-5NP治療能減少MI導致的線粒體嵴斷裂等損傷，使其結構更完整、排列更規則，并上調TOM20、TOM40、Flotillin-1等線粒體相關蛋白的表達。
為了研究藥物對細胞增殖蛋白和炎癥蛋白的影響，進行了免疫熒光染色，發現TF-5NP能夠有效抑制過度的細胞炎癥反應和焦亡現象。與模型組相比，TF-5NP能顯著降低梗死區及邊緣區細胞焦亡關鍵蛋白，如Caspase-1、GSDMD和促炎因子IL-1β的表達，同時增加抗炎因子IL-4的表達，也能抑制促炎的M1型巨噬細胞標志物，促進修復性的M2型巨噬細胞聚集。對發生心肌梗死的豬體內獲取的左心室組織進行Western blot和免疫熒光證實，TF-5NP治療上調了梗死心肌組織中VEGF、PDGF、FGFR1、CD31和α-SMA等血管生成標志物的表達。因此，TF-5NP能通過調節炎癥反應并激活血管生成過程，來改善心臟功能并治療心肌梗死。
圖7
本研究中，環特生物提供的斑馬魚心衰實驗等服務支持，進一步驗證了納米顆粒TF-5NP，可以改善心臟形態與功能，并促進血管新生，揭示了TF-5NP對心臟形態的保護作用。
03、編者點評
本研究成功開發了一種用于協同遞送中藥活性成分TIIA和FM的納米藥物顆粒TF-5NP，并通過斑馬魚、細胞、豬等多模型驗證了，TF-5NP能有效減輕氧化損傷和炎癥、抑制心肌細胞凋亡/焦亡、促進血管新生，從而顯著改善心臟功能、減少梗死面積和纖維化、抑制不良心室重構，為心肌梗死后的協同治療和中藥現代化遞送提供了有效策略。
作為健康美麗產業CRO服務開拓者與引領者、斑馬魚生物技術的全球領導者，環特生物搭建了“斑馬魚、基因編輯、類器官、哺乳動物、人體”等多維生物技術服務體系，開展健康美麗CRO服務、科研服務、智慧實驗室搭建三大業務。目前，環特已建立200多種斑馬魚模型，腦類器官、胃癌、心臟類器官及各種腫瘤類器官培養平臺，歡迎有需要的讀者垂詢！
參考文獻：
Mao S, Liang Y, Chen Z, et al. Adaptive bioactivable nanosystems for synergistic myocardial infarction therapy using traditional pharmaceuticals. Bioact Mater. 2025;54:648-665.