巨噬细胞膜包被的纳米颗粒靶向递送瑞舒伐他汀增强对高同型半胱氨酸血症诱导的动脉粥样硬化的治疗

Targeted delivery of rosuvastatin enhances treatment of hyperhomocysteinemia-induced atherosclerosis using macrophage membrane-coated nanoparticles.

作者信息Dayue Liu, Anning Yang, Yulin Li, Zhenxian Li, Peidong You, Hongwen Zhang, Shangkun Quan, Yue Sun, Yaling Zeng, Shengchao Ma, Jiantuan Xiong, Yinju Hao, Guizhong Li, Bin Liu, Huiping Zhang, Yideng Jiang
PMID39345941
发布时间2024-09
DOI10.1016/j.jpha.2024.01.005

实验完整度

包含体外细胞实验、体内ApoE−/−小鼠模型、代谢组学及16S rDNA测序等多个独立证据层级,并包含功能验证和机制验证。

主要模型

Hcy诱导的RAW264.7巨噬细胞 HMD喂养的ApoE−/−小鼠动脉粥样硬化模型

重点核对

MPR NPs的制备:PB NPs与RVS质量比1:1,包封率88.2%±0.2%,载药率44.1%±0.1% 体外细胞实验:Hcy浓度200 μM,MPR NPs处理浓度5 μM,处理时间24 h 体内动物实验:HMD(1.7%蛋氨酸)喂养8周后,尾静脉注射5 mg/kg MPR NPs,每周两次,持续10周 ApoE−/−小鼠分组:对照组、HMD组、PB组、RVS组、MPR组,每组6只

摘要

瑞舒伐他汀(RVS)在学术和医学领域是一种具有抗炎和降脂特性的优秀药物。然而,该药物在治疗高同型半胱氨酸血症(HHcy)引起的动脉粥样硬化时面临一系列挑战,包括口服剂量高、靶向性差以及长期毒副作用。在本研究中,我们应用纳米技术构建了一种仿生纳米递送系统,即巨噬细胞膜(Møm)包被的负载RVS的普鲁士蓝(PB)纳米颗粒(MPR NPs),以提高RVS的生物利用度和靶向能力,特别是在HHcy诱导的动脉粥样硬化相关斑块病变中。体外实验表明,MPR NPs有效抑制Toll样受体4(TLR4)/缺氧诱导因子-1α(HIF-1α)/核苷酸结合寡聚化结构域(NOD)样受体热蛋白结构域相关蛋白3(NLRP3)信号通路,减少巨噬细胞的焦亡和炎症反应。此外,MPR NPs逆转了由HIF-1α引起的三磷酸腺苷(ATP)结合盒转运体A1(ABCA1)/ATP结合盒转运体G1(ABCG1)的异常分布,促进胆固醇外流并减少脂质沉积。使用载脂蛋白E敲除(ApoE−/−)小鼠的体内研究证实了MPR NPs在治疗动脉粥样硬化方面的强大功效和良好的生物安全性,其疗效机制被认为涉及血清代谢的调节和肠道菌群的重塑。这些发现表明,MPR NPs的合成为HHcy诱导的动脉粥样硬化的靶向治疗提供了一种有前景的纳米系统。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
探索一种能够提高瑞舒伐他汀生物利用度和靶向性,并减轻其毒副作用的纳米递送系统,用于治疗高同型半胱氨酸血症诱导的动脉粥样硬化。
核心机制
MPR NPs通过抑制TLR4/HIF-1α/NLRP3信号通路,减少巨噬细胞焦亡和炎症反应;同时逆转HIF-1α引起的ABCA1/ABCG1异常分布,促进胆固醇外流,减少脂质沉积。
主要证据
体外实验显示MPR NPs抑制Hcy诱导的巨噬细胞焦亡,降低ROS水平,减少炎症因子释放,并上调ABCA1/ABCG1表达;体内实验显示MPR NPs显著减小ApoE−/−小鼠的动脉粥样硬化斑块面积,降低血清TC、TG和Hcy水平,并增强斑块稳定性。
研究意义
MPR NPs为HHcy诱导的动脉粥样硬化提供了一种有前景的靶向治疗策略,并可能通过调节血清代谢和肠道菌群发挥治疗作用。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

制备与表征MPR NPs

构建并验证巨噬细胞膜包被的负载瑞舒伐他汀的普鲁士蓝纳米颗粒的理化性质。

通过TEM、DLS、FT-IR等表征MPR NPs的形态、粒径、zeta电位和药物负载;通过Coomassie蓝染色和Western blot验证膜蛋白;通过荧光共定位验证膜包被。

2

体外细胞摄取与免疫逃逸评估

评估MPB NPs逃避巨噬细胞吞噬、靶向内皮细胞并被Hcy诱导的细胞摄取的能力。

用罗丹明B或DiD标记NPs,在Hcy诱导的巨噬细胞和内皮细胞中观察摄取、溶酶体共定位、ICAM-1相互作用及Transwell共培养摄取。

3

体内循环与靶向分布

评估MPB NPs在小鼠体内的血液循环半衰期和对动脉粥样硬化斑块的靶向能力。

给C57BL/6小鼠尾静脉注射ICG标记的NPs,检测不同时间点血清荧光强度;给HMD诱导的ApoE−/−小鼠注射后,检测主动脉和器官的荧光分布。

4

体内抗动脉粥样硬化疗效评估

在HMD诱导的ApoE−/−小鼠模型中评估MPR NPs对动脉粥样硬化的治疗效果。

HMD喂养8周后,尾静脉注射PBS、PB NPs、RVS或MPR NPs(5 mg/kg,每周两次,持续10周),随后进行ORO、H&E、Masson染色及血清指标检测。

5

巨噬细胞焦亡机制研究

探讨MPR NPs抑制Hcy诱导的巨噬细胞焦亡的分子机制。

通过RNA-seq、Western blot、免疫荧光、ELISA等检测TLR4/HIF-1α/NLRP3通路相关蛋白和炎症因子水平,并在ApoE−/−小鼠斑块中验证。

6

脂质代谢与胆固醇外流研究

评估MPR NPs对Hcy诱导的巨噬细胞泡沫化和胆固醇外流的影响。

通过免疫荧光检测ABCA1/ABCG1表达,用DiL-ox-LDL和ORO染色评估脂质摄取和蓄积。

7

代谢组学分析

探索MPR NPs对HHcy诱导的ApoE−/−小鼠血清代谢物的影响。

收集血清进行代谢组学检测,分析差异代谢物和相关代谢通路。

8

肠道菌群分析

探究MPR NPs对HMD诱导的ApoE−/−小鼠肠道菌群组成的影响。

收集粪便样本进行16S rDNA测序,分析菌群多样性、组成和差异菌群。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
同型半胱氨酸Sigma-AldrichH4628
罗丹明BYuanye Bio-Technology Co., Ltd.B20789
吲哚菁绿Acros-Organics--
Lipofectamine 2000转染试剂Life Technologies11668030
杜氏改良Eagle培养基Gibco--
胎牛血清Gibco--
链霉素Invitrogen--
溶酶体示踪剂BeyotimeC1047S
ICAM-1抗体Abcamab171123
DiL标记的氧化低密度脂蛋白----
油红OSigma-AldrichO1516
HIF-1α抗体Proteintech20960-1-AP
TLR4抗体Santa Cruz BiotechnologySC-293072
MyD88抗体Proteintech23230-1-AP
NF-κB抗体Affinity BiosciencesBF8005
NLRP3抗体Biossbs-24563R
ASC抗体Proteintech10500-1-AP
pro-caspase-1抗体AbmartM025280
caspase-1抗体Proteintech22915-1-AP
cleaved GSDMD抗体Cell Signaling10137
IL-1β抗体Affinity BiosciencesAF-5103
IL-18抗体AbmartM027275
ABCA1抗体Biossbs-23418R
ABCG1抗体Proteintech13578-1-AP
ZO-1抗体Proteintechcl594-21773
Occludin抗体Proteintechcl488-27260
IL-1β ELISA试剂盒NeoBioscienceEMC001b
IL-18 ELISA试剂盒NeoBioscienceEMC011
总胆固醇检测试剂盒Solarbio Science and Technology Co., Ltd.BC1985
甘油三酯检测试剂盒Solarbio Science and Technology Co., Ltd.BC0625
Masson染色试剂盒Solarbio Science and Technology Co., Ltd.G1346
F4/80抗体Santa Cruz Biotechnology28058-AP
MMP-9抗体Proteintech10375-2-AP
CD31抗体Proteintech11265-1-AP
α-SMA抗体Proteintech55135-AP
细胞计数试剂盒-8----
透射电子显微镜JEOLJEM-2100
动态光散射粒度仪Malvern Instruments Ltd.Nano
共聚焦激光扫描显微镜OlympusFV1200
流式细胞仪Becton, Dickinson and CompanyAccuri
倒置显微镜OlympusIX-73
小动物活体成像系统--Lumina

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
纳米颗粒制备
PB NPs与RVS质量比(1:1)、Møm与PB NPs膜蛋白比例(4:1)、超声时间(10 min)、挤出膜孔径(0.22 μm)
阅读提示:Methods 2.2节(Preparation of NPs)
体外细胞处理
Hcy浓度(200 μM)、药物浓度(PB 5 μg/mL, RVS/MPR 5 μM)、处理时间(24 h)
阅读提示:Methods 2.6节(In vitro anti-atherosclerosis effect and mechanism)
动物模型建立
小鼠品系(ApoE−/−雄性,6周龄)、HMD配方(1.7%蛋氨酸)、喂养时间(8周)
阅读提示:Methods 2.8.1节(Feeding and treatment programs)
体内给药方案
给药剂量(5 mg/kg)、给药途径(尾静脉注射)、频率(每周两次)、持续时间(10周)
阅读提示:Methods 2.8.1节(Feeding and treatment programs)
肠道菌群分析
样本类型(粪便)、测序方法(16S rDNA)、每组样本量(n=4)
阅读提示:Methods 2.8.2节(Metabolomics and gut microbiota analysis)