基于藥物載體的心肌梗死治療進展

邵敬津 劉佳 潘瑩 羅玉梅，

(1.廣東醫(yī)科大學，廣東 湛江 524000；2.深圳市龍崗區(qū)人民醫(yī)院，廣東 深圳 518172)

心肌梗死是冠狀動脈閉塞引起所供應的心肌缺血壞死，死亡的心肌細胞逐漸被成纖維細胞代替，從而導致心肌纖維化和心室重塑。在過去的幾十年里，經(jīng)皮冠狀動脈介入治療(percutaneous coronary intervention，PCI)和冠狀動脈旁路移植術(coronary artery bypass grafting，CABG)成為治療急性心肌梗死的常用方法，顯著降低了心肌梗死的死亡率。然而，約30%的冠心病患者由于解剖結構不佳或血管情況復雜而不適合PCI或CABG治療[1]。因此，近年來，關于潛在新療法的研究越來越多。一般認為成年哺乳動物心臟的終末分化心肌細胞已經(jīng)退出細胞周期，并且在心肌梗死后幾乎無增殖能力[2]。然而，Nakada等[3]研究表明，進行性全身性缺氧可以激活成年小鼠心臟再生能力。此外，在成人心臟中可以檢測到新的心肌細胞，這也表明了一定程度的再生潛能[4]，但這種內源性的更新水平不足以修復心肌梗死后的心肌損傷。已有研究證實，血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)和血小板衍生生長因子(platelet derived growth factor，PDGF)等血管生成因子是促進血管形成的有效調節(jié)因素[5]，可促進梗死心肌局部血管生成及心肌細胞的存活和增殖，減少細胞凋亡和不利的心室重塑[6-7]。

然而，血管生成因子易被蛋白酶水解，將其應用于臨床仍存在諸多挑戰(zhàn)，包括短暫的半衰期和較低的全身遞送效率。另外，劑量過低時無法在梗死部位達到有效濃度，而高劑量則可能引起腫瘤生長等副作用。載體可以實現(xiàn)藥物局部遞送及控制藥物以高活性狀態(tài)持續(xù)釋放，提高療效，給心肌梗死治療提供新的希望。現(xiàn)對基于載體的心肌梗死治療進展進行綜述。

1 水凝膠

水凝膠在結構上類似于組織細胞外基質，允許血管生成因子具有它們首選的構象，并以最佳方式持續(xù)釋放。同時，水凝膠易于加工和修飾成具有靶向功能的載體，減少全身用藥的副作用[8]。另外，水凝膠可以在血管生成過程中及時降解，具有良好的生物相容性而成為理想載體。但外源性天然水凝膠具有一定的免疫原性，并且在降解率的控制上仍存在不足。而合成水凝膠或許是一種更好的選擇，因為它可以通過調節(jié)交聯(lián)及溶脹的密度來控制藥物釋放曲線和載體降解速率，并且具有更強大的機械性能[9]。

VEGF通過與VEGF酪氨酸激酶受體[如血管內皮生長因子受體(vascular endothelial growth factor receptor，VEGFR)-1]結合啟動一系列信號傳導通路，最終改變血管內皮細胞通透性[10]。它還可以促進內皮細胞增殖形成新的血管，并刺激造血干細胞從骨髓遷移到梗死部位以替代壞死心肌細胞。此外，另一種VEGFR(VEGFR-2)在介導循環(huán)內皮前體細胞向血管生成部位募集的過程中發(fā)揮了重要作用[11]。Li等[12]將VEGF與肝素修飾的明膠結合封裝成可注射水凝膠，保護VEGF免受蛋白酶水解，實現(xiàn)了VEGF以高生物活性持續(xù)釋放超過3周，并比空白對照組觀察到更密集的細胞浸潤和血管生成。另外，在心肌梗死大鼠模型中也觀察到可降解型水凝膠釋放VEGF可促進血管生成和改善心功能[13]。盡管VEGF在血管生成中起著重要作用，但臨床前研究表明，單一使用VEGF治療心肌梗死的效果是有限的[14]。這表明，其他體液因子和旁分泌因子的協(xié)同機制可能也參與了完整的血管生成過程。

堿性成纖維細胞生長因子(basic fibroblast growth factor，bFGF)也是一種強效的促血管生成蛋白，在眾多的bFGF受體和相應的配體中，只有bFGF-1、bFGF-2及其相應的bFGF-1受體、bFGF-2受體與心臟修復有關[15-16]。bFGF-2與其受體結合可促進內皮細胞、平滑肌細胞、成肌細胞和心肌細胞的增殖和存活[17]；上調血管平滑肌細胞中PDGF受體而促進新生血管的成熟和穩(wěn)定[18]；最后，選擇性地促進免疫細胞驅動的動脈生成。而bFGF-1可以促進內皮細胞排列成管狀結構和微血管萌發(fā)[19]，與直接向心肌梗死大鼠模型心肌內注射游離bFGF相比，使用明膠水凝膠封裝bFGF可延長其活性持續(xù)至少4周，顯著增加梗死邊緣區(qū)毛細血管和小動脈數(shù)量，減少心肌細胞凋亡，減輕左心室重塑，改善心功能[20]。

CXCR4陽性骨髓細胞與心臟修復機制密切相關，而基質細胞衍生因子-1(stromal cell derived factor-1，SDF-1)是已知的最突出的CXCR4陽性骨髓細胞歸巢因子。心肌梗死后，SDF-1表達迅速上調，促進心肌修復[21]。N-乙酰-絲氨酰-天冬氨酰-賴氨酰-脯氨酸(N-acetyl-seryl-aspartyl-lysyl-proline，Ac-SDKP)是一種血管生成肽[22]。研究[23]發(fā)現(xiàn)，將裝載有SDF-1和Ac-SDKP的水凝膠注射到左心室梗死區(qū)，在治療4周后，可見明顯的血管生成并減少梗死面積和最大壁厚，實現(xiàn)左心室功能的顯著改善。

2 納米材料

納米材料表面可以使用抗體、肽或小分子修飾以實現(xiàn)靶向遞送，從而提高治療效果[24]。一般情況下，納米顆粒由于其較大的比表面積而被快速降解。在保證足夠有效釋放時間及治療效果的情況下，這種更高的生物降解性可能會減少組織內的慢性炎癥反應。聚乙二醇和聚乳酸-羥基乙酸共聚物納米顆?？捎行У匮b載并持續(xù)釋放具有生物活性的利拉魯肽。在心肌梗死大鼠模型中，向心肌內注射利拉魯肽納米顆?？蓽p少心肌細胞凋亡，促進血管生成，縮小梗死面積，保留室壁厚度，改善心功能，且不影響血糖水平[25]。將該方法應用于VEGF、胰島素樣生長因子-1的研究中亦觀察到類似的結果[26-27]。

心肌缺血再灌注損傷產生的活性氧和細胞內升高的Ca是細胞死亡和心肌肥大發(fā)生的關鍵介質。L型Ca通道是心肌細胞鈣內流的主要途徑，它的激活導致線粒體活性氧的產生和代謝進一步增加。應用針對L型Ca通道的α相互作用結構域/轉錄反式激活因子(AID-TAT肽)可以減輕再灌注后的心肌損傷[28]。Hardy等[29]使用多功能聚甲基丙烯酸縮水甘油酯納米顆粒裝載抗氧化劑姜黃素和AID-TAT肽，實現(xiàn)了高載藥量和持續(xù)釋放速率，在離體大鼠心臟實驗中證明：同時給予AID-TAT肽和姜黃素可有效抑制L型Ca通道激活的超氧化物產生和線粒體膜電位，從而減輕心肌缺血再灌注損傷。

S-SDF-1是一種經(jīng)修飾后具有抗蛋白酶能力的SDF-1，將其與自組裝肽連接形成納米纖維后進行心肌內局部遞送，發(fā)現(xiàn)促進了干細胞的募集并改善了心肌梗死后的心功能，降低了天然SDF-1的神經(jīng)毒性[30]。雖然PDGF具有促進血管生成的作用，但同時與肺動脈高壓的發(fā)病機制相關，在全身給藥時可能對心血管疾病患者有害。Hsieh等[31]利用自組裝肽納米纖維實現(xiàn)PDGF在心肌梗死大鼠模型心肌內受控釋放，在治療4個月后梗死心肌體積縮小，血管密度和局部血流量增加，并且不引起肺動脈高壓。該團隊進一步研究發(fā)現(xiàn)此法對于心肌梗死急性期同樣具有益處[32]。

3 心臟補片

心臟補片作為生長因子及干細胞的遞送系統(tǒng)，可直接黏附在心臟受損區(qū)域表面，并提供維持心臟跳動的機械支撐，堪稱心臟“創(chuàng)可貼”。Spadaccio等[33]將裝載有粒細胞集落刺激因子(granulocyte colony stimulating factor，GCSF)的聚L-丙交酯(poly-L-lactide，PLLA)支架作為心室補片應用于家兔慢性心肌梗死模型。與不含GCSF的心臟補片對照組相比，可見新血管數(shù)量顯著增加，炎細胞浸潤減少，可預防心室擴張及改善心臟功能。Chung等[34]通過靜電紡絲法制造負載VEGF和心臟干細胞的PLLA心臟補片，該補片允許VEGF持續(xù)釋放4周，在體外試驗中促進了內皮細胞和心臟干細胞的遷移和增殖。此外，與直接心肌內注射VEGF相比，VEGF的持續(xù)低濃度釋放對內皮細胞的體外毛細血管樣網(wǎng)絡形成顯示出更加積極的影響。在大鼠心肌梗死模型中，可以觀察到射血分數(shù)在統(tǒng)計學上顯著增加，并且減少心肌纖維化。同樣，在小鼠等心肌梗死動物模型中也能觀察到類似的結果[35]。

盡管心臟補片在心肌梗死的治療中有巨大的潛力，但目前市場上的心臟補片主要是非生物降解的聚四氟乙烯和可生物降解的牛心包，尚無可生物降解的合成聚合物補片應用于臨床。此外，補片需要通過開胸手術植入，存在心包粘連、繼發(fā)性感染、心功能惡化的風險[36]。

4 滲透泵

滲透泵是利用半透膜內外的滲透壓差作為藥物遞送的驅動力，具有持續(xù)藥物釋放曲線。Scheinowitz等[37]用滲透泵對心肌梗死大鼠模型連續(xù)1周給予全身性bFGF(0.5 mg)或安慰劑，結果發(fā)現(xiàn)，全身使用bFGF對大鼠的左心室?guī)缀涡螤罨蚣毎鲋碂o額外影響。為研究心包內局部使用bFGF的效果，Hermans等[38]將心包導管與皮下植入的滲透性微泵相結合應用于雄性Wistar大鼠，在較低劑量下即可達到心肌局部治療濃度，而全身濃度較低，并降低了外周副作用。在慢性心肌缺血兔模型中，利用滲透泵向心包腔內輸送bFGF，結果發(fā)現(xiàn)促進了新的心外膜小血管的生長。此外，這種效應在左心室肥大的情況下會增強。

5 細胞外囊泡

細胞外囊泡是由脂質雙分子層包繞形成的球狀膜性囊泡，是細胞自發(fā)或在一定條件下釋放出的一種亞細胞成份，包括外泌體、膜微粒及微囊泡等[39]。其核酸內容物(包括信使RNA和線粒體RNA)可以轉移到靶細胞并影響靶細胞，是一種具有藥物遞送能力的天然載體，在心臟再生治療方面具有巨大潛力。Mackie等[40]將經(jīng)過修飾的CD34+造血干細胞用外泌體介導的促血管生成因子——音猬因子(sonic hedgehog，Shh)遞送至患有急性心肌梗死的小鼠心臟，此外，與注射未修飾CD34+造血干細胞以及空載體的對照組相比，注射Shh修飾的CD34+造血干細胞可減少梗死面積并增加梗死邊界區(qū)毛細血管密度。然而，單獨遞送的細胞外囊泡壽命很短，將其與可注射補片結合使用可進一步提高治療效果[41]。

6 總結

心肌梗死仍然是全球主要死因之一，盡管PCI和CABG等先進的治療手段已挽救無數(shù)患者的生命，但其治標不治本，只能延緩疾病的發(fā)展，而不能逆轉疾病。基于載體的心肌梗死治療方法是一種新型且有廣闊前景的心臟再生策略。本文強調了VEGF、bFGF及PDGF等血管生成因子在心肌梗死治療中的作用。而水凝膠、納米材料、心臟補片、滲透泵及細胞外囊泡等不同載體為血管生成因子的穩(wěn)定、受控和靶向釋放創(chuàng)造了條件，避免了常規(guī)給藥的全身毒性和重復給藥問題的困擾。但到目前為止，大多數(shù)研究都是在小動物身上進行，尚缺乏在大動物模型上進行的有價值的研究，其藥物遞送效率可能仍不足以在臨床上實現(xiàn)心臟功能明顯改善，在應用到人體之前需要更多的研究來證實其安全性和有效性。盡管基于載體的心肌梗死治療方法從基礎研究到臨床應用還有很長的路要走，但一旦克服其在研發(fā)及應用中的相關問題后，心臟再生醫(yī)學領域將取得突破性進展。