《Biomaterials Advances》：Acoustic hydrogen delivery to treat PANoptosis induced by myocardial ischemia/reperfusion injury in rats
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心肌缺血/再灌注损伤的超声靶向氢治疗策略，通过氢负载脂质微泡实现时空可控释放，抑制PANoptosis通路及相关细胞死亡机制，改善心脏功能并减少梗死面积。
王书辉|李晨辉|魏子军|唐彩云|王勇|严飞|李倩
郑州大学附属肿瘤医院及河南省肿瘤医院超声科，郑州，450008，中国
摘要
心肌缺血/再灌注（MIR）损伤仍然是一个主要的临床挑战，目前可用的治疗选择有限。尽管分子氢（H?）具有治疗潜力，但其临床应用受到溶解度低以及缺乏靶向递送和实时监测能力的限制。为了解决这一问题，我们开发了载氢脂质微泡（H?-MBs），用于超声触发、空间可控的H?递送。制备的H?-MBs具有均匀的球形形态（0.92 ± 0.03 μm）、高浓度（(1.14 ± 0.07) × 10^10 个微泡/mL）和高效的H?封装能力，从而实现了实时对比增强超声成像。在大鼠MIR损伤模型中，静脉注射H?-MBs后进行超声靶向微泡破坏（UTMD），显著改善了心脏功能（射血分数和分数缩短），减少了梗死面积，并减轻了组织损伤。机制研究表明，超声靶向H?释放通过同时下调焦亡（caspase-1切割）、凋亡（caspase-3/8切割、Bax/Bcl-2比值）和坏死性凋亡（p-RIPK1、p-RIPK3、p-MLKL）的关键介质，抑制了H?O?诱导的PANoptosis——一种协同性的细胞死亡途径。我们的工作提供了一种强大的诊疗微系统，可实现图像引导下的时空可控气体递送，为通过协调调节炎症性程序性细胞死亡来对抗MIR损伤提供了有前景的策略。
引言
心肌缺血/再灌注（MIR）损伤是急性冠状动脉综合征、心脏手术和器官移植中心肌功能障碍的病理过程。它也是当代心血管医学中最具挑战性的治疗问题之一[1]。病理上，当冠状动脉血流暂时中断后恢复时，再灌注过程会引发复杂的分子级联反应，加剧心肌损伤——这种矛盾现象被称为“再灌注损伤”。其主要涉及三个相互关联的病理过程：氧化应激爆发、钙超载和无菌炎症反应[2]、[3]。这些过程共同触发心肌细胞的程序性死亡，最终导致心肌丢失[4]、[5]、[6]。因此，针对这些机制的有效预防和治疗策略的开发仍然是现代医学的重大挑战。
传统的研究仅关注凋亡、坏死性凋亡或焦亡，无法全面解释再灌注后心肌细胞死亡的全貌。PANoptosis的概念重新塑造了这一理论框架[7]。PANoptosis被定义为一种炎症性程序性细胞死亡模式，其特征是凋亡、坏死性凋亡和焦亡的关键分子成分同时被激活，这种死亡过程无法通过针对任何单一途径的抑制剂得到充分抑制[8]、[9]。该过程由PANoptosome复合体严格调控——这是一个多蛋白平台，整合了传感器和适配器分子，包括Z-DNA结合蛋白1（ZBP1）、受体相互作用蛋白激酶1/3（RIPK1/RIPK3）和凋亡相关斑点蛋白（ASC），形成了细胞死亡执行的调控中心[7]。PANoptosis的病理意义在于其自我放大的损伤级联：死亡的细胞释放损伤相关分子模式（DAMPs），进一步激活邻近细胞中的模式识别受体，从而扩大心肌损伤范围。因此，针对PANoptosis的调控节点可能实现多种细胞死亡途径的协同阻断，为MIR损伤干预提供新的治疗范式。
分子氢（H?）是一种新型治疗气体介质，具有结构简单和良好的生物安全性[10]。它具有多种生物学效应，包括抗氧化、抗炎、抗衰老和抗凋亡活性[11]、[12]。使用动物模型的临床前研究表明，H?通过抑制心肌细胞凋亡和焦亡来改善MIR损伤[13]、[14]、[15]。然而，由于其水溶性不佳、高挥发性以及实时追踪和时空可控释放的困难，其治疗效果和临床应用受到限制。因此，开发安全有效的H?递送策略已成为关键的研究焦点。脂质微泡（MBs）是微米级的充气囊泡，是治疗气体的理想载体。它们的内在特性——如对比增强成像能力、药物/气体装载能力和超声触发下的定位释放——赋予了它们巨大的生物医学潜力。在本研究中，我们设计了具有稳定胶体特性的载氢微泡（H?-MBs），并优化了其声学响应性。同时，H?-MBs的体外和体内超声成像实现了实时对比追踪，为超声触发下的H?释放治疗MIR损伤提供了新的诊疗策略。
H?-MBs的制备
H?-MBs的制备按照先前建立的方案[16]进行。简要来说，将15 mg的磷脂（由1,2-二硬脂酰-sn-甘油-3-磷酸胆碱（DSPC，Avanti Polar Lipids, Inc.）和1,2-二硬脂酰-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺-N-[氨基（聚乙二醇）-2000]（铵盐，DSPE-PEG2000，Avanti Polar Lipids, Inc.）按9:1的摩尔比溶解在氯仿中。在氮气保护下蒸发溶剂，形成薄脂质层
H?-MBs的成功制备和功能评估
我们最初开发了一种将氢（H?）加载到微泡（MBs）中的方法，具体步骤包括：膜形成和水合、小瓶密封、用八氟丙烷（C?F?,1:1）置换气体、然后用氢气置换气体，最后通过振动完成加载（图1A）。随后进行显微镜检查，以评估所得H?-MBs的物理特性，结果显示其具有均匀的球形形态和半透明的核心
讨论
心肌缺血/再灌注损伤占急性心肌梗死患者经皮冠状动脉介入治疗后心肌挽救失败病例的40%以上。尽管实现了冠状动脉的解剖学再通，但仍有相当比例的患者出现心脏功能逐渐恶化，显著增加了心力衰竭和心血管死亡的发生率[21]。针对单一机制的药物治疗策略的临床转化仍然面临挑战
CRediT作者贡献声明
王书辉：撰写——原始草稿、软件、方法学。李晨辉：撰写——审阅与编辑、方法学。魏子军：撰写——审阅与编辑、软件。唐彩云：软件、数据管理。严飞：撰写——审阅与编辑、监督。李倩：监督、概念构思。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
作者衷心感谢河南省医学科学技术研究项目（编号：SBGJ202502034）、河南省自然科学基金（编号：252300420567）、国家重点研发计划（编号：2020YFA0908800）以及广东省领军人才专项支持计划（编号：2024TX08A098）的支持。
