在当今医学领域，心肌梗死（MI）及其引发的心力衰竭已成为全球性的重大健康挑战。心肌梗死通常由冠状动脉阻塞引起，导致大量心肌细胞凋亡，进而引发不良的心室重塑和心力衰竭。尽管现代医学中的血管重建疗法，如经皮冠状动脉介入治疗，能够在一定程度上恢复冠状动脉的通畅，但这些方法无法完全修复梗死的心肌，也无法阻止不良的心室重塑。因此，探索新的治疗方法以改善心肌梗死后的预后一直是医学研究的热点。

在这一背景下，传统中药因其多靶点调节和良好的生物安全性，展现出巨大的治疗潜力。丹参中的水溶性成分水溶性丹参酮（Tanshinone IIA，TIIA）和黄芪中的大豆素（Formononetin，FM）具有抗氧化、抗炎和促血管生成的特性，被认为是对心肌梗死治疗有益的药物组合。然而，如何有效地将这些药物递送至跳动的心脏并实现高浓度的药物释放是一个亟待解决的问题。纳米材料药物的出现为这一难题提供了新的思路，但如何同时实现主动靶向和在梗死心肌中的长期保留仍然是纳米材料递药策略面临的巨大挑战。

近期，一项创新性的研究成果为这一领域带来了新的希望。研究人员开发了一种中性粒细胞靶向的纳米药物（TF-5NP），用于将TIIA和FM递送至梗死心肌，以减轻氧化损伤并促进血管生成，从而缓解不良的心室重塑。这种纳米药物通过共组装双-5-羟色胺修饰的1,2-二硬脂酰-sn-甘油-3-磷脂乙醇胺-聚乙二醇-羧酸（DSPE–PEG–COOH）与胆固醇和1,2-二硬脂酰-sn-甘油-3-磷脂甘油（DSPG）来合成，能够与梗死心肌中的肌钙蛋白结合。在猪心肌梗死模型中，TF-5NP显著减少了炎症和心肌细胞损伤，并改善了心脏功能，其治疗效果可维持约28天。

图1 论文首图

 

建立炎症激活的尺寸可变及cTnT锚定的纳米粒

研究人员通过化学合成方法，成功构建了一种炎症激活的尺寸可变且能锚定在心肌肌钙蛋白（cTnT）上的纳米粒。首先，通过将DSPE–PEG–COOH与双-5-羟色胺（bis-5HT）结合，制备了具有炎症激活特性的聚合物。这种聚合物能够在中性粒细胞特异性酶髓过氧化物酶（MPO）的作用下，将酚类残基转化为自由基，进而促进双-5HT自由基之间的交联，形成稳定的聚合物网络。通过透射电子显微镜（TEM）观察发现，未经MPO激活的TF-5NP呈现球形结构，而经MPO激活后，纳米粒之间形成了相互连接的结构，尺寸显著增大。动态光散射分析也证实了这一点，TF-5NP在MPO和H₂O₂共同作用下的水动力直径从135.65纳米增加到527.46纳米，而在单独的MPO或H₂O₂作用下，尺寸并无显著变化。这表明，MPO的存在对于TF-5NP的交联和尺寸增大至关重要。

此外，研究人员还通过实验验证了TF-5NP能够锚定在梗死心肌中的cTnT上。在心肌梗死猪模型中，通过共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）观察到，经过14天的体内循环后，带有Cy5.5荧光标记的TF-5NP（cy5.5-5NP）在心肌组织中的红色荧光信号与cTnT抗体的绿色荧光信号完全重叠，而未修饰bis-5HT的纳米粒（cy5.5-NP）则没有这种现象。这说明，TF-5NP能够特异性地与心肌细胞中的cTnT结合，从而在梗死心肌区域实现药物的长期保留和缓释。

图2 建立炎症激活的尺寸可变及cTnT锚定的纳米粒

 

纳米粒的递送有助于药物的内吞，而纳米粒的持续药物释放则增加了缺氧模拟下心肌细胞的存活率和活力

在细胞水平上，研究人员利用人脐静脉内皮细胞（HUVEC）评估了TF-5NP的细胞摄取行为和对缺氧环境下细胞活性的影响。实验中，使用Cy5.5作为荧光标记物，分别包裹在TF-5NP和普通纳米粒（NP）中，以观察细胞对纳米粒的摄取情况。结果显示，在最初的2小时内，cy5.5-5NP组的细胞显示出更强的红色荧光信号，表明TF-5NP具有更好的细胞摄取能力，这种优势在48小时内一直保持。这说明TF-5NP能够有效地被细胞内吞，从而将药物传递到细胞内部。

进一步的实验表明，TF-5NP在缺氧环境下能够显著提高细胞的存活率和活力。通过CCK-8实验检测细胞增殖情况，发现TF-5NP组在缺氧条件下能够更有效地逆转细胞增殖的抑制，与单独使用TIIA或FM的组相比，TF-5NP组的细胞增殖能力更强。此外，通过流式细胞仪（FCM）检测细胞凋亡情况，结果显示TF-5NP组的细胞凋亡率（9.85%）显著低于TF-NP组（14.21%）和TIIA+FM组（27.04%）。这些结果表明，TF-5NP能够有效地减轻缺氧环境下心肌细胞的凋亡，提高细胞的存活率，这对于保护梗死心肌区域的心肌细胞具有重要意义。

图3 纳米粒的递送有助于药物的内吞，而纳米粒的持续药物释放则增加了缺氧模拟下心肌细胞的存活率和活力

纳米粒在体外促进血管新生和线粒体功能

除了提高细胞存活率，TF-5NP在促进血管新生和改善线粒体功能方面也表现出显著的效果。在体外实验中，研究人员通过细胞迁移实验和管状形成实验评估了TF-5NP对HUVEC细胞的影响。结果表明，TF-5NP能够显著促进HUVEC细胞的迁移能力，提高细胞的移动性。在Matrigel基质胶上进行的管状形成实验中，TF-5NP处理的HUVEC细胞展现出更强的血管形成能力，表现为管状分支数量的显著增加。这些结果表明，TF-5NP能够有效地促进血管新生，为梗死心肌区域提供更多的血液供应，从而促进心肌组织的修复和再生。

此外，研究人员还通过一系列实验评估了TF-5NP对线粒体功能的影响。线粒体是心肌细胞的主要能量来源，线粒体功能的维持对于心肌细胞的正常生理功能至关重要。实验结果显示，TF-5NP处理的细胞中ATP水平显著高于其他组，表明TF-5NP能够增强线粒体的功能。通过Mito Tracker、MitoSox和Mito-JC-1red染色分别评估细胞内线粒体活性、线粒体膜电位和线粒体活性氧（ROS）产生情况。TF-5NP处理的细胞显示出更高的Mito Tracker红色荧光强度，表明线粒体活性增强；同时，MitoSox红色荧光强度降低，表明线粒体ROS产生减少，线粒体功能得到改善；Mito-JC-1red荧光强度的增加则表明线粒体膜电位升高，线粒体能量代谢增强。这些结果共同证实了TF-5NP在调节线粒体活性、膜电位和ROS产生方面的重要作用，有助于保护内皮细胞免受损伤。

图4 纳米粒在体外促进血管新生和线粒体功能

 

纳米粒改善了斑马鱼的心脏形态和功能

斑马鱼作为一种小型模式生物，其心脏发育过程与人类相似，且具有透明的身体结构，便于观察心脏的形态和功能变化。研究人员利用斑马鱼模型评估了TF-5NP对心脏形态和功能的影响。在实验中，研究人员使用了表达绿色荧光蛋白（GFP）的转基因斑马鱼，通过荧光显微镜观察心脏的形态变化。结果表明，TF-5NP能够显著减轻由维拉帕米诱导的心脏功能障碍，减少心脏扩大和静脉淤血。通过图像和视频分析，研究人员发现TF-5NP处理的斑马鱼心脏面积减小，静脉淤血区域减少，心脏收缩和舒张功能得到改善，心输出量增加。这些结果表明，TF-5NP对斑马鱼的心脏功能具有显著的保护作用。

此外，研究人员还观察了TF-5NP对斑马鱼心肌细胞形态的影响。通过分析转基因斑马鱼Tg(cmlc2:eGFP)的心肌细胞形态，发现在模型组中，心肌细胞出现扩张，窦房结至动脉球的距离（SV–BA）增加，而TF-5NP处理的斑马鱼心肌细胞形态得到改善，SV–BA距离恢复正常。这些结果进一步证实了TF-5NP对心脏形态的保护作用，表明其能够有效地改善心肌细胞的结构和功能。

血管新生是心肌梗死后修复过程中的关键环节，它能够为梗死区域提供新的血液供应，促进心肌组织的修复和再生。研究人员利用转基因斑马鱼Tg(fli1:EGFP)评估了TF-5NP对血管新生的影响。在实验中，研究人员观察了斑马鱼从3小时胚胎期到48小时胚胎期的血管发育情况，重点关注了间充质血管（ISV）、背主动脉（DA）和后主静脉（PCV）的发育。结果显示，TF-5NP处理的斑马鱼ISV数量显著增加，ISV长度显著延长，亚肠道血管（SIV）的分支数量和面积显著增加。此外，TF-5NP处理的斑马鱼DA和PCV的直径也显著增加。这些结果表明，TF-5NP能够显著促进斑马鱼的血管新生。

为了进一步探讨TF-5NP促进血管新生的机制，研究人员检测了血管内皮生长因子受体1（VEGFR1）和血管内皮生长因子（vegfaa）的表达水平。结果表明，TF-5NP能够显著上调VEGFR1和vegfaa的mRNA表达，这表明TF-5NP通过促进血管新生因子的表达来促进血管新生。这种改善的血管新生水平不仅为心肌梗死区域提供了更多的血液供应，还促进了心脏功能的恢复，从而在斑马鱼模型中展现出显著的治疗效果。

图5 TF-5 NP可保护斑马鱼免受心脏功能障碍的影响，并影响其血管生成

纳米粒在心梗后28天内延长了迷你猪的药物代谢

为了评估TF-5NP在大型动物模型中的药物代谢和长期保留能力，研究人员建立了迷你猪心肌梗死模型。迷你猪的心脏解剖结构和生理功能与人类相似，因此被认为是评估心血管疾病治疗效果的理想模型。在实验中，研究人员通过冠状动脉结扎诱导心肌梗死，并在梗死后立即通过静脉注射给予TF-5NP。通过荧光标记的药物（Cy5.5）检测，研究人员发现TF-5NP能够在心肌梗死区域实现长达28天的药物保留，显著优于未修饰的纳米粒和游离药物。这一结果表明，TF-5NP具有优异的药物缓释能力，能够在心肌梗死区域实现长期的药物释放。

此外，研究人员还通过组织切片荧光染色观察了药物在心肌组织中的分布情况。结果显示，TF-5NP能够在心肌梗死区域实现高效的药物靶向，与中性粒细胞标记物CD11b和MPO的共定位表明，TF-5NP能够特异性地靶向中性粒细胞浸润的梗死区域，并在MPO的作用下实现药物的局部释放。这种靶向释放机制不仅提高了药物在梗死区域的浓度，还减少了药物在非靶组织中的分布，从而提高了治疗效果并降低了潜在的副作用。

图6 纳米粒在心梗后28天内延长了迷你猪的药物代谢

纳米粒在猪心梗后改善了心脏功能

在迷你猪心肌梗死模型中，研究人员进一步评估了TF-5NP对心脏功能的改善效果。通过心脏磁共振成像（MRI）检测，研究人员发现TF-5NP处理的猪在心肌梗死后28天内显示出显著改善的心脏功能。与模型组相比，TF-5NP处理组的猪心肌梗死面积显著减小，心脏纤维化程度降低，心肌细胞肥大现象得到缓解。这些结果表明，TF-5NP能够有效地减轻心肌梗死引发的不良心室重塑，改善心脏功能。

此外，研究人员还通过组织学染色和免疫荧光染色等方法评估了TF-5NP对心肌组织的影响。结果显示，TF-5NP能够显著减少心肌细胞的凋亡，促进血管新生，提高线粒体功能，并调节炎症反应。这些综合效应共同作用，使得TF-5NP在改善心肌梗死后心脏功能方面展现出显著的治疗潜力。

图7 纳米粒在猪心梗后改善了心脏功能

纳米粒改善心室重塑的机制

为了深入探讨TF-5NP改善心室重塑的机制，研究人员进行了RNA测序分析，比较了心肌梗死组织在有无TF-5NP处理情况下的基因表达差异。结果表明，TF-5NP处理能够显著影响与血管内皮生长因子（VEGF）信号通路、细胞外基质（ECM）-受体相互作用、哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）信号通路、氮代谢和铁死亡相关的通路。这些通路的调控与炎症反应、血管新生和心肌细胞存活密切相关。

进一步的实验结果表明，TF-5NP能够显著改善线粒体功能，减少线粒体损伤，提高线粒体膜电位，并降低线粒体活性氧（ROS）的产生。这些改善的线粒体功能有助于减少心肌细胞的凋亡，并抑制炎症反应。此外，TF-5NP还能够调节炎症反应，减少促炎因子的表达，增加抗炎因子的表达，从而减轻心肌梗死引发的炎症损伤。

在血管新生方面，TF-5NP通过上调VEGF、血小板衍生生长因子（PDGF）、成纤维细胞生长因子（FGF）等血管新生相关蛋白的表达，促进血管内皮细胞的增殖和迁移，从而促进血管新生。这种改善的血管新生不仅为梗死心肌区域提供了更多的血液供应，还促进了心肌组织的修复和再生，最终改善了心脏功能。

图8 纳米粒改善心室重塑的机制

小结

综上所述，TF-5NP通过多种机制改善心室重塑，包括调节炎症反应、促进血管新生、改善线粒体功能、减少心肌细胞凋亡等。这些综合效应使得TF-5NP在心肌梗死治疗中展现出显著的治疗潜力，为未来心血管疾病的治疗提供了新的思路和方法。

参考文献：

Mao S, Liang Y, Chen Z, Wang L, Chen Q, Fang Z, Zheng Q, Ma W, Zhang H, Yu Z, Yu L. Adaptive bioactivable nanosystems for synergistic myocardial infarction therapy using traditional pharmaceutics. Bioact Mater. 2025 Sep 7;54:648-665. doi: 10.1016/j.bioactmat.2025.08.041. PMID: 40988940; PMCID: PMC12451291.

Tags： 重磅头条！广州中医药大学团队开发新型纳米粒，靶向递送中药成分，实现心肌梗死治疗新突破，显著改善心脏功能和血管新生！