鼻内递送bFGF-Els通过调节PI3K/AKT通路并抑制氧化应激、神经炎症和细胞凋亡减轻阿霉素诱导的小鼠认知缺陷

《Brain, Behavior, and Immunity》：Intranasal bFGF?Els alleviate doxorubicin?induced cognitive deficits in mice by modulating the PI3K/AKT pathway and suppressing oxidative stress, neuroinflammation, and apoptosis

　　

中文摘要翻译：研究人员开发了鼻内递送bFGF弹性纳米脂质体（bFGF-Els）。bFGF-Els减轻了乳腺癌小鼠模型中阿霉素诱导的认知缺陷。bFGF-Els抑制了海马组织中的氧化应激、神经炎症和细胞凋亡。该保护作用是通过PI3K/AKT/Nrf2通路介导并抑制NF-κB。bFGF-Els不削弱阿霉素的抗肿瘤疗效。

论文解读

化疗诱导的认知障碍（chemotherapy-induced cognitive impairment, CICI）俗称“化疗脑”，是接受阿霉素（doxorubicin, DOX）等化疗药物长期治疗的乳腺癌幸存者中常见的严重神经系统并发症，表现为记忆减退、学习能力下降及注意力执行功能障碍，显著损害患者的生活质量。目前其发病机制尚未完全阐明，也缺乏有效的防治策略。已有研究提示，DOX通过诱导外周活性氧（reactive oxygen species, ROS）产生和全身氧化应激，促进肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-alpha, TNF-α）等炎症因子通过血脑屏障进入脑内，激活小胶质细胞，触发神经炎症；同时DOX亦可直接进入脑实质，导致海马神经元线粒体功能障碍与凋亡通路激活，共同促成认知损伤。碱性成纤维细胞生长因子（basic fibroblast growth factor, bFGF）属于神经微环境来源的神经营养因子，具有抑制胶质细胞活化、减轻氧化应激损伤和神经炎症、抗神经元凋亡等神经保护作用，但在体应用受限于其分子量大（16.5 kda）难以穿透血脑屏障以及稳定性差、半衰期短等缺陷。鼻内给药可经嗅觉和三叉神经通路绕过血脑屏障将大分子药物直接递送入脑，而弹性纳米脂质体（elastic nanoliposomes, Els）因具有高变形性、可增强鼻黏膜穿透力，是理想的鼻内脑靶向递送载体。本研究旨在开发载bFGF的弹性纳米脂质体（bFGF-Els），通过鼻内给药途径探究其对DOX诱导认知缺陷的改善作用及相关分子机制。

研究人员采用逆向蒸发法制备了载bFGF弹性纳米脂质体，以聚山梨醇酯188为边缘活化剂，并通过透射电镜、动态光散射、形变指数测定、ELISA和动态透析等方法系统表征其理化性质；选用雌性SPF级BALB/c小鼠，以4T1小鼠乳腺癌细胞系经乳腺脂肪垫原位接种建立三阴性乳腺癌模型，肿瘤体积达80–100 mm³后随机分为正常对照组、肿瘤对照组、DOX组、DOX+blank-Els组、DOX+bFGF组和DOX+bFGF-Els组，分别给予腹腔注射DOX（5 mg/kg/周，共4周）和每日鼻内给药（bFGF 20 μg/kg，共3周）；随后通过Morris水迷宫行为学实验评价认知功能，结合HE染色、Nissl染色观察海马CA1区组织病理学变化，运用二氢乙啶（DHE）荧光染色和TUNEL染色检测海马ROS水平和神经元凋亡，采用ELISA检测丙二醛（MDA）、超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）及炎症因子白介素-1β（IL-1β）、白介素-6（IL-6）、TNF-α水平，并通过Western blot检测PI3K/AKT通路、Nrf2信号轴、凋亡相关蛋白及NF-κB蛋白表达。应用重复测量混合方差分析和单因素方差分析进行统计学处理。该研究获得泰康医学检验实验室（河北）有限公司动物护理与使用委员会批准（批准号：MDL-2025-06-03-01）。

**bFGF-Els的表征。** 通过透射电镜观察到bFGF-Els和blank-Els均呈球形、分布均匀。粒径分析显示bFGF-Els平均粒径为110.80 ± 1.80 nm，多分散指数为0.079 ± 0.014，Zeta电位为?32.64 ± 0.49 mV，形变指数为20.64 ± 1.34 mL/s，包封效率为87.48 ± 4.23%，24小时体外累积释放率小于40%，表明bFGF-Els具备鼻内递送所需的小粒径、高表面电荷稳定性、良好弹性及缓释特性。

**bFGF-Els对体重和肿瘤生长的影响。** 体重监测显示，DOX处理的小鼠从第14天起体重显著下降，而DOX+bFGF-Els组体重显著高于DOX组、DOX+blank-Els组和DOX+bFGF组。肿瘤体积和重量测量结果显示，所有DOX处理组肿瘤体积和重量均显著低于肿瘤对照组，但各DOX处理组之间无显著差异，证明bFGF-Els不干扰DOX的抗肿瘤疗效。

**鼻内递送bFGF-Els改善DOX诱导的认知缺陷。** Morris水迷宫结果显示，DOX组和DOX+blank-Els组小鼠逃避潜伏期显著延长，目标象限停留时间和平台穿越次数显著减少；DOX+bFGF-Els组较DOX组、DOX+blank-Els组和DOX+bFGF组显著缩短逃避潜伏期并增加目标象限停留时间和平台穿越次数，表明bFGF-Els鼻内给药可显著逆转DOX导致的学习记忆功能障碍。

**bFGF-Els减轻DOX引起的海马神经元损伤。** HE染色显示，DOX组海马CA1区神经元排列紊乱、核固缩深染伴细胞周围空泡化；DOX+bFGF-Els组神经元形态和排列基本恢复至接近正常对照水平。Nissl染色定量结果显示，DOX组Nissl阳性神经元数量显著减少，而bFGF-Els处理后其数量显著恢复，保护了海马神经元结构完整性。

**bFGF-Els降低DOX诱导的海马ROS水平。** DHE荧光染色显示，DOX组海马区ROS荧光强度显著升高，bFGF-Els鼻内给药后ROS水平显著下降，表明bFGF-Els有效抑制DOX引起的海马氧化应激。

**bFGF-Els减少DOX诱导的海马神经元凋亡。** TUNEL染色结果显示，DOX组海马区凋亡细胞比例显著升高，bFGF-Els处理后凋亡细胞数量显著减少至接近正常对照组水平，提示bFGF-Els具有抗凋亡神经保护作用。

**ELISA检测炎症因子和氧化应激标志物。** DOX组海马组织MDA含量及IL-1β、IL-6、TNF-α水平显著升高，SOD和GSH-Px活性显著下降；bFGF-Els处理显著逆转上述改变，即降低促炎因子和氧化损伤标志物含量并恢复抗氧化酶活性，证实其同时发挥抗氧化和抗炎效应。

**Western blot检测凋亡与氧化应激相关蛋白表达。** DOX组海马bFGF蛋白表达显著降低，p-PI3K/PI3K、p-AKT/AKT、核内Nrf2、HO-1、NQO1和抗凋亡蛋白Bcl-2表达下降，而促凋亡蛋白Bax、cleaved caspase-3、NF-κB、胞浆Nrf2及Keap1表达升高；bFGF-Els处理后显著恢复PI3K/AKT磷酸化水平，促进Nrf2核转位并上调其下游抗氧化蛋白，抑制NF-κB表达，同时上调Bcl-2并下调Bax和cleaved caspase-3，表明bFGF-Els通过激活PI3K/AKT/Nrf2通路、抑制NF-κB信号轴，协同抑制氧化应激、神经炎症和神经元凋亡。

讨论部分指出，bFGF-Els粒径约为110 nm且带负电荷，可通过嗅觉和三叉神经通路绕过血脑屏障进入脑内，经容积流和血管周围泵机制分布到海马区，Western blot证实其能显著增加海马内bFGF蛋白水平。行为学和组织学结果确证DOX本身而非肿瘤是导致认知缺陷的关键因素。bFGF-Els在不影响DOX抗肿瘤疗效的前提下有效改善DOX诱导的认知损伤，其机制涉及激活PI3K/AKT/Nrf2信号通路同时抑制NF-κB介导的神经炎症。关于bFGF在乳腺癌中的潜在安全性问题，本研究发现bFGF-Els不改变肿瘤生长，且鼻内给药具有脑靶向性限制外周暴露，提示在当前实验条件下无额外促瘤风险。研究局限性包括未直接在体内示踪纳米粒分布、未区分神经元和胶质细胞的特异性靶点，未来需结合活体示踪和细胞类型特异性策略进一步阐明递送通路和细胞机制。结论为：鼻内递送bFGF-Els可高效递送bFGF入脑，通过激活PI3K/AKT信号通路、协调抑制氧化应激、神经炎症和凋亡，改善DOX诱导的认知缺陷，且不影响DOX的化疗疗效。

本研究表明，鼻内给药bFGF-Els为防治化疗脑提供了一种无创、安全、有效的候选策略，具有向临床转化的潜在价值，为进一步开发靶向中枢的蛋白类神经保护药物奠定了基础。