壳聚糖-荭草苷纳米颗粒减轻大鼠缺氧诱导的肺部炎症

《Biomolecules》：Chitosan–Orientin Nanoparticles Attenuate Hypoxia-Induced Pulmonary Inflammation in Rats

　　

背景：缺氧触发肺部炎症和氧化应激，导致内皮功能障碍、细胞凋亡和肺损伤。尽管黄酮类化合物荭草苷显示出强效的抗氧化和抗炎特性，但其药代动力学行为仍未完全阐明。基于纳米颗粒的递送系统可能增强其疗效。本研究探讨了通过壳聚糖纳米颗粒递送的荭草苷（CNP–orientin）是否对大鼠缺氧诱导的肺部炎症、氧化应激和组织损伤具有保护作用。方法：共48只雌性Sprague-Dawley大鼠随机分为四个常氧组和四个低氧组（每组n = 6）。低氧组大鼠暴露于间歇性缺氧（7% O₂，每天8小时，持续7天）。低氧大鼠被分配到实验组，包括未处理的缺氧组以及分别接受荭草苷、壳聚糖纳米颗粒或载荭草苷壳聚糖纳米颗粒（CNP–orientin）处理的组，常氧大鼠作为对照。缺氧暴露使用受控手套箱系统进行。在实验方案结束时，收集血液样本用于血清炎症标志物分析，并采集肺组织以评估氧化应激参数、缺氧和炎症相关信号通路、凋亡相关基因表达以及组织病理学肺损伤和纤维化。结果：与常氧对照相比，间歇性缺氧显著增加肺组织HIF-1α和iNOS表达、氧化应激标志物（丙二醛升高，超氧化物歧化酶和谷胱甘肽降低）、促炎细胞因子（TNF-α、IL-1β）、凋亡信号和组织病理学肺损伤（p < 0.05）。与未处理的缺氧大鼠相比，单独使用荭草苷或壳聚糖纳米颗粒治疗可减轻缺氧相关的生化和分子改变（p < 0.05）。值得注意的是，与未处理的缺氧大鼠相比，CNP–orientin治疗显著减轻了多种氧化应激、炎症和凋亡相关改变（p < 0.05）。尽管CNP–orientin制剂中的荭草苷等效剂量显著低于游离荭草苷，但仍观察到这些保护作用。NF-κB和TNF-α表达、caspase-3水平、抗氧化标志物和Bcl-2表达在低氧组间差异显著（p < 0.05）。CNP–orientin组的组织病理学肺损伤和改良Ashcroft纤维化评分显著低于未处理缺氧组（分别为p < 0.01和p < 0.001）。结论：载荭草苷壳聚糖纳米颗粒有效减轻缺氧诱导的肺部炎症、氧化应激、凋亡和纤维化损伤。这些发现将CNP–orientin确定为缺氧相关肺疾病的一种有前景的纳米治疗策略，并支持进一步的转化研究。

缺氧是肺部损伤的重要驱动因素。急性缺氧可触发低氧性肺血管收缩（HPV），以维持通气-灌注匹配，但持续缺氧会导致氧化应激增加、促炎因子释放、内皮功能障碍以及急性肺损伤（ALI）。黄酮类化合物荭草苷（Orientin）具有较强的抗氧化和抗炎活性，但其系统暴露有限、分布和消除迅速，药代动力学行为不佳，限制了临床应用。壳聚糖纳米颗粒（CNPs）因生物相容性、可生物降解性和药物递送增强能力，可用于改善荭草苷的稳定性和生物活性。为此，研究人员在大鼠间歇性缺氧模型中系统评估了载荭草苷壳聚糖纳米颗粒（CNP–Orientin）对缺氧诱导的肺部炎症、氧化应激、细胞凋亡和纤维化损伤的保护作用，并探讨其潜在机制，相关论文发表于《Biomolecules》。

研究人员使用48只雌性Sprague-Dawley大鼠（来源于Kafkas University Experimental Animal Unit），随机分为常氧和低氧各4组，低氧组暴露于7% O₂、每日8小时、连续7天的间歇性缺氧。研究制备了壳聚糖纳米颗粒并通过静电相互作用负载荭草苷，采用傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、紫外-可见光谱（UV-Vis）、透射电镜（TEM）、扫描电镜（SEM）和动态光散射对其理化性质进行表征，并通过酶联免疫吸附试验（ELISA）检测氧化应激、炎症和缺氧相关指标，用实时荧光定量PCR（qPCR）检测凋亡和炎症相关基因表达，同时进行了影像学、组织病理学和免疫组织化学评估。主要技术包括纳米颗粒制备与表征、血清及组织生化检测、定量PCR、影像学和病理学分析。

3.1 纳米颗粒表征。FT-IR和UV-Vis光谱显示，荭草苷通过非共价相互作用掺入壳聚糖基质，未形成新共价键。TEM和SEM显示纳米颗粒呈球形或近球形。荭草苷负载使平均粒径从CNPs的372.2 nm增至CNPs/Orientin的432.2 nm，zeta电位保持在+27.3 mV，包封率为77.84%，载药量为11.6%。体外释放实验显示，荭草苷在72小时内呈缓释特征，累积释放率达77.2%。

3.2 对缺氧诱导因子-1α和一氧化氮合酶的影响。缺氧显著升高大鼠肺组织缺氧诱导因子-1α（HIF-1α）和诱导型一氧化氮合酶（iNOS）水平（分别为p < 0.001和p < 0.01）。与未处理缺氧组相比，荭草苷、CNPs或CNP–Orientin治疗均显著降低上述蛋白水平（p < 0.05），但CNP–Orientin与单独CNP或荭草苷组之间无显著差异。

3.3 影像学发现。胸部X线显示，缺氧组肺密度轻度增加，提示肺通气减少；而各治疗组与常氧对照组均未见明显局灶性实变或结构异常。

3.4 组织病理学发现。缺氧组肺组织出现肺泡间隔增厚、炎症细胞浸润、细支气管上皮变性和早期纤维化改变，组织病理学损伤评分和改良Ashcroft纤维化评分均显著高于常氧组（p < 0.01–0.0001）。CNP–Orientin治疗组的肺损伤评分（p < 0.01）和纤维化评分（p < 0.001）均显著低于未处理缺氧组。

3.5 免疫组化发现。缺氧显著升高肺组织Caspase-3和核因子-κB p65（NF-κB p65）免疫组化评分（p < 0.001–0.0001）。CNP–Orientin治疗组这两种蛋白的表达水平低于缺氧组，但差异未达到统计学显著。

3.6 氧化应激参数。缺氧组超氧化物歧化酶（SOD）活性和还原型谷胱甘肽（GSH