暨南大學陳填烽團隊Small封面: 納米化靈芝孢子油解決放療引起的心肌損傷

放射療法 (Radiotherapy, RT) 是臨床腫瘤治療的三大策略 (手術切除，化學藥物治療和放射治療) 之一。但是，這種射線局部治療方式無明顯選擇性，容易引起機體正常組織損傷。其中，心臟在放療上腔部位腫瘤 (如乳腺癌、食管癌、肺癌、縱膈淋巴瘤等) 的過程中易受到輻射牽連，電子束照射機體引發過多的氧自由基產生，異常上調機體的活性氧水平 (Reactive oxygen species, ROS), 損傷線粒體結構形態與功能，并誘發細胞內DNA 損傷，進而誘導細胞周期阻滯甚至凋亡。嚴重的氧化應激損傷甚至誘導心肌細胞凋亡，引起后續的放射性心臟疾病 (Radiation-induced heart disease, RIHD)，如心包炎、心肌纖維化和心肌炎等。

靈芝孢子油 (Ganoderma lucidum spores oil, GLSO) 因甘油三酯等活性成分表現抗氧化、抗炎及提高機體免疫力等功效而被人們所識，但同時也由于易氧化變質、穩定性差和低溶解性等缺點而使應用受限。因此，合理設計納米體系來提高孢子油的穩定性及溶解性，才可能增強其生物功效。在本研究工作中，作者設計了一種生物可降解的聚合物基靈芝孢子油納米體系(GLSO@P188/PEG₄₀₀?NS)，進行了抗輻射活性及相關作用機制和保護心功能作用等研究，闡述了納米體系對于低溶解度的傳統中藥成分有效發揮生物功效的促進作用。相關論文于近日作為封面發表在Small雜志上（DOI: 10.1002/smll.201902642）。

圖1. 文章封面以及納米化靈芝孢子油發揮抗輻射心肌保護的示意圖。

圖2. 靈芝孢子油納米體系緩解X射線誘發的DNA損傷。

(a) 孢子油納米體系減輕心肌細胞受輻射損傷的信號轉導設想。(b) 孢子油納米體系逆轉X射線誘導的細胞周期阻滯現象。(c-d) 孢子油納米體系調節細胞自我損傷修復相關的信號轉導。(e) 孢子油納米體系減少X射線誘導的γ-H₂A.X磷酸化焦點及其 (f) 定量分析結果。

研究表明，該孢子油納米體系能調節輻射所致的G0/G1 期阻滯并通過調節相關修復蛋白 (如XRCC1, HSP70, MGMT 等) 以及抑制相關細胞損傷蛋白 (PARP, p-Chk1/2, p-γ H₂A.X 等) 表達水平，來促進H₉C₂ 心肌細胞生長。

圖3. 靈芝孢子油納米體系改善X射線輻射引起的心臟損傷。

(a) 小鼠接受X射線輻照及M-型超聲心動描記的示意圖。(b) 二尖瓣脈沖多普勒 (PWD) 短軸圖譜信息用于定量分析小鼠心功能相關參數。輻照后35天內檢測小鼠心臟的 (c) 左室射血分數，(d) 左室短軸縮短率和 (e) 體重變化圖。輻照第35天檢測小鼠心臟的 (f) 左室射血分數，(g) 左室短軸縮短率，(h) 心功能Tei指數和 (i) 體重變化率。(j) 心肌細胞中縫隙連接蛋白Connexin-43的表達情況及其 (k) 半定量分析。

進一步研究發現，該孢子油納米體系的預保護與后修復聯合治療策略對于受X 射線輻照的小鼠心臟具有更強的保護與損傷修復作用，其能夠調節左室射血分數 (LVEF) 和短軸縮短率 (LVFS) 以及Tei 心指數等參數水平，恢復心功能至正常水平。

圖4. 孢子油納米體系的提前保護與后修復聯合治療策略逆轉X 射線輻射引起的心肌纖維化與炎癥。

(a) X射線輻照后第35天小鼠心臟片的纖維化分析及其放大圖像 (Masson染色) 及其定量分析結果 (b)。(c) 不同的提前保護與后修復聯合治療策略作用下小鼠狀態圖。(d) 小鼠耳部皮膚的H&E染色切片及其潰爛現象的定量分析結果 (e)。(f) 小鼠尾部皮膚的H&E染色切片及其潰爛現象的定量分析結果 (g)。

此外，體內抗輻射改善臟器組織損傷現象的分析結果表明，該孢子油納米粒子預保護與后修復聯合治療策略對于受X 射線輻照小鼠的受損臟器具有更好的修復效果；同時有效緩解相關血液生化指標的異常以及超氧化物歧化酶 (T-SOD), 丙二醛 (MDA) 和谷胱甘肽過氧化物酶 (GSH-Px) 等的含量異常變化，使其體內抗氧化能力恢復正常水平。并且該納米體系能顯著逆轉輻照所導致的小鼠耳部、尾部等皮膚部位出現的炎性潰爛現象。

圖5. 孢子油納米體系減輕X射線輻射引起的多臟器損傷，維持機體內源性抗氧化能力。

(a) 孢子油納米體系的提前保護與后修復聯合治療策略對X射線輻射性小鼠在組織病理學的影響。(b)-(g) 小鼠的血液生化學指標情況。肝臟內 (h) 超氧化物歧化酶，(i) 丙二醛和 (j) 谷胱甘肽過氧化物酶的含量測定。

為了評估該納米體系改善由X 射線輻射誘導的機體各部位損傷，于動物觀察實驗結束后，取其心肝脾肺腎等主要器官組織做H&E 染色后進行組織病理學分析。如圖5所示，X 射線輻射引起心肌細胞出現明顯的脂肪樣變性，部分細胞發生溶解；在肝臟也有潰爛、炎性等變化；輻射同樣也引起肺、腎臟組織中出現炎性反應及脂肪樣變性現象，嚴重損害小鼠的臟器。而在以孢子油納米粒子保護下，除了腎臟出有少量出血現象外，其余各臟器未見明顯的損傷病變現象。表明該納米體系對各臟器良好的抗輻射保護效果并且能有效提高機體內源性的抗氧化能力。

總之，該研究提出了一種生物安全的靈芝孢子油納米體系增強傳統孢子油的抗輻射保護心功能的策略，是一種安全長效的放射保護劑，期待將來能應用于輔助腫瘤放射治療的相關生物醫學領域。論文第一作者為暨南大學碩士研究生代成俐，暨南大學陳填烽教授為該文的通訊作者。

課題組簡介

暨南大學陳填烽教授團隊一直致力于以臨床問題為導向的納米創新藥物設計與診療應用研究，組建多學科交叉的研究團隊，以技術創新、科研升級、成果轉化為核心，以技術整合為重點進行創新藥物研發，突破從實驗室研究到產業化開發的技術瓶頸。在基于腫瘤生化特性的分子靶向藥物設計與診療應用、納米藥物的智能設計與腫瘤多模態精準診療以及腫瘤免疫治療等領域都做出創新性的成果。獲得國家萬人計劃、國家863計劃、國家自然科學基金項目等多個項目的資助，先后入選了萬人計劃青年拔尖人才（2015）、新世紀優秀人才支持計劃（2010）、國家863 青年科學家（2013）、霍英東青年教師獎（2014）等人才計劃。近五年以通訊作者在Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Funct. Mater.及ACS Nano等本領域主流雜志發表論文超過200篇，封面論文30篇，h-index 50，申報中國專利50項，授權美國專利1項，實現技術成果轉化8項，實現了良好的經濟價值與社會效益。擔任第六屆國際硒研討會主席，以第一完成人獲得2018年中華醫學科技獎青年科技獎、2018廣東省自然科學二等獎、2017廣東省科技進步三等獎、2017中國產學研創新成果獎、2015廣州市科技二等獎、2016首屆中國創新大賽優秀獎、2014第三屆金博獎及2012第七屆國際發明展覽會銀獎等科技獎勵，在解決生物醫藥工程領域的關鍵技術問題及科學應用與產業轉化方面做出了重要貢獻。

基金資助

上述研究工作得到了國家自然科學基金 (21877049, 21701051)、國家高層次人才特殊支持計劃 (W02070191)、廣東省自然科學基金?(2017A030313051)、中國博士后科學基金 (2016M600705) 和中央高校基本科研業務費專項資金?(21616106) 等項目的資助。

論文信息

Chengli Dai, Lizhen He, Bin Ma and Tianfeng Chen*. Facile Nanolization Strategy for Therapeutic Ganoderma Lucidum Spore Oil to Achieve Enhanced Protection against Radiation-Induced Heart Disease. Small. 2019, 1902642. DOI: 10.1002/smll.201902642

本文由暨南大學陳填烽團隊供稿。

歡迎大家到材料人宣傳科技成果并對文獻進行深入解讀，投稿郵箱: tougao@cailiaoren.com.

投稿以及內容合作可加編輯微信：cailiaorenVIP.