多肽金纳米载药自组装体靶向抗肾纤维化研究

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研究背景:肾脏纤维化是慢性肾脏病进展到终末期肾脏病的共同通路。近年,有研究发现缺氧预适应在改善急慢性肾损伤方面有一定疗效。其中氯化钴(CoCl2)作为缺氧诱导因子(HIF)的稳定剂,现多用于研究缺氧预适应对疾病的影响。但是,高浓度的钴离子对细胞和基因有较为明显的毒性,因此大大地限制了其在疾病治疗方面的应用。纳米材料由于其具有尺寸形貌可控性、易修饰性、高表面活性以及生物相容性好等特点,使其在生物医学应用方面有明显优势。其中金纳米粒子(AuNPs)是研究最为深入而广泛的一种纳米粒子。功能化的AuNPs不仅能负载上更多的药物,对维持药物的稳定性、靶向运输以及药物释放等方面均有作用。由此可见,功能化的AuNPs在肾脏靶向载药方面可能有所帮助,从而为慢性肾脏病的靶向治疗提供新方向。研究方法和内容:透射电镜(TEM)、红外光谱以及热重分析(TGA)验证功能化多肽金纳米粒子(GLAuNPs)是否制备成功:动态光散射(DLS)、荧光光谱以及介质稳定性研究其水合粒径和其在多种介质中的稳定性;细胞增殖实验(CCK-8)、细胞因子以及重要脏器病理染色分别检测其细胞毒性、免疫毒性以及系统毒性;细胞荧光、活体成像以及器官荧光成像分别考察其细胞摄取机制、活体分布以及器官靶向性;电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)测定药物负载和释放效率;建立单侧输尿管结扎(UUO)小鼠模型,通过病理染色、Western Blot和Real-time PCR考察肾靶向载药AuNPs复合体(GLAuNPs-Co)抗肾纤维化、抗炎、抗凋亡以及抗氧化应激的效果;通过Real-time PCR研究其抗纤维化的作用机制。研究结果:TEM和DLS的结果显示GLAuNPs为均匀单分散的球形粒子,其水合粒径为9.9±2.2nm,大于LAuNPs的3.8±1.0nm,提示谷甘肽成功修饰在了 LAuNPs表面,红外光谱和TGA的结果也证实了这一点;荧光光谱结果显示修饰前后其荧光强度无明显改变;介质稳定性结果显示GLAuNPs在多种介质中均能保持荧光稳定性。CCK-8结果发现浓度在0-4000 nM之间,细胞活性能维持在100%左右;细胞荧光结果显示,细胞对GLAuNPs的摄取存在特异性,且脂质筏/小窝蛋白、megalin以及能量参与了摄取过程;活体成像以及器官荧光成像显示GLAuNPs能快速蓄积到肾脏(1小时以内),并且能持续到12小时,之后逐渐减弱,与各个脏器荧光强度半定量结果一致;肾内分布定位结果显示GLAuNPs主要分布在近端肾小管细胞胞浆内;ICP-MS结果显示在GLAuNPs和Co2+的体积比为5:1时,其负载效率达到最高,随着pH的降低,Co2+的释放量逐步增加,且当pH≤6.0时,其释放效率达到80%以上;对比毒性实验结果显示GLAuNPs对Co2+的修饰可显著降低细胞毒性;HE染色结果显示GLAuNPs-Co无明显器官毒性。在UUO小鼠模型中,病理染色结果显示与等量的游离CoCl2相比,GLAuNPs-Co显著降低肾病小鼠的肾脏小管损伤、炎症浸润以及间质纤维化程度:Western blot 显示 GLAuNPs-Co 显著下调 fibronectin、Collagen-Ⅰ、Nox2、Nox4、Bax、p-ERK、cleaved caspase-3、MCP-1、IL-6 和 ICAM-1 的蛋白表达水平(P<0.05),明显上调 Catalase、SOD1 以及 bcl-2;PCR 结果显示 GLAuNPs-Co显著下调 fibronectin、Collagen-I、MCP-1、IL-6、ICAM-1 和 TNF-α 的基因表达水平(P<0.05)。治疗机制研究发现,GLAuNPs-Co可显著上调HIF及其下游基因(EPO、Tie-2和HO-1)的表达,明显上调miR-29c的表达并下调其下游基因(TPM-1和COL3A1)的表达。TUNEL结果显示,GLAuNPs-Co明显减少肾脏组织凋亡细胞的数量(P<0.05)。主要结论:GLAuNPs无明显细胞、免疫以及系统毒性,能特异性靶向至肾脏组织,并主要富集在近端肾小管胞浆内。在UUO小鼠模型中,GLAuNPs-Co可明显降低肾脏纤维化、炎症反应、细胞凋亡以及氧化应激反应,其可能机制是通过激活HIF-1α上调miR-29c的表达来发挥治疗作用的。
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