碳量子点通过抑制氧化应激-凋亡循环缓解心肌缺血再灌注损伤

推荐 为解决心肌缺血再灌注损伤（MIRI）中氧化应激和凋亡的关键病理特征，西安交通大学的研究人员成功合成了一种基于川芎的碳量子点（LC-CDs）。研究表明，LC-CDs能够有效清除自由基，减轻氧化应激，恢复线粒体功能，抑制炎症反应和细胞凋亡，显著改善MIRI模型大鼠的心脏功能，且无不良反应。这一发现为MIRI的临床治疗提供了新的策略和潜在候选药物。

　　

论文解读
心肌缺血再灌注损伤（MIRI）是心肌梗死手术后常见的严重并发症，其病理特征主要包括氧化应激和细胞凋亡。尽管再灌注疗法是治疗心肌梗死的最有效方法，但其对心脏的再灌注过程可能加剧心肌损伤。传统中药如川芎在MIRI治疗中显示出一定的疗效，但其水溶性和生物利用度低限制了临床应用。为解决这些问题，西安交通大学的研究人员通过水热法合成了基于川芎的碳量子点（LC-CDs），并评估其在MIRI中的治疗效果。

研究人员首先通过水热法成功合成了LC-CDs，并对其进行了详细的表征。透射电子显微镜（TEM）显示LC-CDs具有优异的分散性和准球形形态，平均直径约为2.4±0.03纳米。高分辨率TEM（HRTEM）显示其晶格间距为0.21纳米，表明其具有石墨化结构。傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和X射线光电子能谱（XPS）进一步证实了LC-CDs表面丰富的官能团，这些官能团赋予了LC-CDs良好的水溶性和多种生物活性。

在抗氧化能力测试中，LC-CDs表现出对超氧阴离子（O₂^-）和羟基自由基（·OH）的强清除能力。通过电子顺磁共振（EPR）技术进一步验证了LC-CDs对这三种自由基的清除效果。细胞实验表明，LC-CDs能够显著降低H₂O₂诱导的活性氧（ROS）水平，并保护线粒体膜电位，抑制细胞凋亡。此外，LC-CDs还能显著抑制M1型巨噬细胞的极化，减少促炎细胞因子的分泌。

在MIRI大鼠模型中，局部心肌注射LC-CDs后，心肌梗死面积显著减少，心脏功能得到恢复。血清肌酸激酶（CK）和乳酸脱氢酶（LDH）水平显著降低，表明心肌损伤得到改善。免疫荧光染色显示，LC-CDs显著降低了心肌组织中CD86的表达，抑制了M1型巨噬细胞的浸润。此外，LC-CDs还显著降低了TNF-α、IL-1β和IL-6的表达水平，减轻了炎症反应。

RNA测序分析进一步揭示了LC-CDs的治疗机制。基因本体（GO）分析显示，LC-CDs主要调节免疫和炎症反应、血压调节、血管发育和超氧阴离子产生等生物过程。京都基因与基因组百科全书（KEGG）分析表明，LC-CDs影响了ECM-受体相互作用、IL-17信号通路、NOD样受体信号通路、MAPK信号通路、NF-κB信号通路、TNF信号通路、JAK-STAT信号通路和HIF-1信号通路。基因集富集分析（GSEA）显示，氧化磷酸化和负调控凋亡过程在LC-CDs治疗后发生了显著变化。Western blotting结果进一步证实，LC-CDs通过下调Caspase3、Caspase9和Bax的表达抑制了细胞凋亡。

综上所述，LC-CDs通过减轻氧化应激和抑制凋亡，显著改善了MIRI模型大鼠的心脏功能，具有良好的生物安全性和治疗效果。这一研究为MIRI的临床治疗提供了新的策略和潜在候选药物，具有重要的科学意义和应用前景。