暨南大学陈填烽团队Small封面: 纳米化灵芝孢子油解决放疗引起的心肌损伤

放射疗法 (Radiotherapy, RT) 是临床肿瘤治疗的三大策略 (手术切除，化学药物治疗和放射治疗) 之一。但是，这种射线局部治疗方式无明显选择性，容易引起机体正常组织损伤。其中，心脏在放疗上腔部位肿瘤 (如乳腺癌、食管癌、肺癌、纵膈淋巴瘤等) 的过程中易受到辐射牵连，电子束照射机体引发过多的氧自由基产生，异常上调机体的活性氧水平 (Reactive oxygen species, ROS), 损伤线粒体结构形态与功能，并诱发细胞内DNA 损伤，进而诱导细胞周期阻滞甚至凋亡。严重的氧化应激损伤甚至诱导心肌细胞凋亡，引起后续的放射性心脏疾病 (Radiation-induced heart disease, RIHD)，如心包炎、心肌纤维化和心肌炎等。

灵芝孢子油 (Ganoderma lucidum spores oil, GLSO) 因甘油三酯等活性成分表现抗氧化、抗炎及提高机体免疫力等功效而被人们所识，但同时也由于易氧化变质、稳定性差和低溶解性等缺点而使应用受限。因此，合理设计纳米体系来提高孢子油的稳定性及溶解性，才可能增强其生物功效。在本研究工作中，作者设计了一种生物可降解的聚合物基灵芝孢子油纳米体系(GLSO@P188/PEG₄₀₀NS)，进行了抗辐射活性及相关作用机制和保护心功能作用等研究，阐述了纳米体系对于低溶解度的传统中药成分有效发挥生物功效的促进作用。相关论文于近日作为封面发表在Small杂志上（DOI: 10.1002/smll.201902642）。

图1. 文章封面以及纳米化灵芝孢子油发挥抗辐射心肌保护的示意图。

图2. 灵芝孢子油纳米体系缓解X射线诱发的DNA损伤。

(a) 孢子油纳米体系减轻心肌细胞受辐射损伤的信号转导设想。(b) 孢子油纳米体系逆转X射线诱导的细胞周期阻滞现象。(c-d) 孢子油纳米体系调节细胞自我损伤修复相关的信号转导。(e) 孢子油纳米体系减少X射线诱导的γ-H₂A.X磷酸化焦点及其 (f) 定量分析结果。

研究表明，该孢子油纳米体系能调节辐射所致的G0/G1 期阻滞并通过调节相关修复蛋白 (如XRCC1, HSP70, MGMT 等) 以及抑制相关细胞损伤蛋白 (PARP, p-Chk1/2, p-γ H₂A.X 等) 表达水平，来促进H₉C₂心肌细胞生长。

图3. 灵芝孢子油纳米体系改善X射线辐射引起的心脏损伤。

(a) 小鼠接受X射线辐照及M-型超声心动描记的示意图。(b) 二尖瓣脉冲多普勒 (PWD) 短轴图谱信息用于定量分析小鼠心功能相关参数。辐照后35天内检测小鼠心脏的 (c) 左室射血分数，(d) 左室短轴缩短率和 (e) 体重变化图。辐照第35天检测小鼠心脏的 (f) 左室射血分数，(g) 左室短轴缩短率，(h) 心功能Tei指数和 (i) 体重变化率。(j) 心肌细胞中缝隙连接蛋白Connexin-43的表达情况及其 (k) 半定量分析。

进一步研究发现，该孢子油纳米体系的预保护与后修复联合治疗策略对于受X 射线辐照的小鼠心脏具有更强的保护与损伤修复作用，其能够调节左室射血分数 (LVEF) 和短轴缩短率 (LVFS) 以及Tei 心指数等参数水平，恢复心功能至正常水平。

图4. 孢子油纳米体系的提前保护与后修复联合治疗策略逆转X 射线辐射引起的心肌纤维化与炎症。

(a) X射线辐照后第35天小鼠心脏片的纤维化分析及其放大图像 (Masson染色) 及其定量分析结果 (b)。(c) 不同的提前保护与后修复联合治疗策略作用下小鼠状态图。(d) 小鼠耳部皮肤的H&E染色切片及其溃烂现象的定量分析结果 (e)。(f) 小鼠尾部皮肤的H&E染色切片及其溃烂现象的定量分析结果 (g)。

此外，体内抗辐射改善脏器组织损伤现象的分析结果表明，该孢子油纳米粒子预保护与后修复联合治疗策略对于受X 射线辐照小鼠的受损脏器具有更好的修复效果；同时有效缓解相关血液生化指标的异常以及超氧化物歧化酶 (T-SOD), 丙二醛 (MDA) 和谷胱甘肽过氧化物酶 (GSH-Px) 等的含量异常变化，使其体内抗氧化能力恢复正常水平。并且该纳米体系能显著逆转辐照所导致的小鼠耳部、尾部等皮肤部位出现的炎性溃烂现象。

图5. 孢子油纳米体系减轻X射线辐射引起的多脏器损伤，维持机体内源性抗氧化能力。

(a) 孢子油纳米体系的提前保护与后修复联合治疗策略对X射线辐射性小鼠在组织病理学的影响。(b)-(g) 小鼠的血液生化学指标情况。肝脏内 (h) 超氧化物歧化酶，(i) 丙二醛和 (j) 谷胱甘肽过氧化物酶的含量测定。

为了评估该纳米体系改善由X 射线辐射诱导的机体各部位损伤，于动物观察实验结束后，取其心肝脾肺肾等主要器官组织做H&E 染色后进行组织病理学分析。如图5所示，X 射线辐射引起心肌细胞出现明显的脂肪样变性，部分细胞发生溶解；在肝脏也有溃烂、炎性等变化；辐射同样也引起肺、肾脏组织中出现炎性反应及脂肪样变性现象，严重损害小鼠的脏器。而在以孢子油纳米粒子保护下，除了肾脏出有少量出血现象外，其余各脏器未见明显的损伤病变现象。表明该纳米体系对各脏器良好的抗辐射保护效果并且能有效提高机体内源性的抗氧化能力。

总之，该研究提出了一种生物安全的灵芝孢子油纳米体系增强传统孢子油的抗辐射保护心功能的策略，是一种安全长效的放射保护剂，期待将来能应用于辅助肿瘤放射治疗的相关生物医学领域。论文第一作者为暨南大学硕士研究生代成俐，暨南大学陈填烽教授为该文的通讯作者。

课题组简介

暨南大学陈填烽教授团队一直致力于以临床问题为导向的纳米创新药物设计与诊疗应用研究，组建多学科交叉的研究团队，以技术创新、科研升级、成果转化为核心，以技术整合为重点进行创新药物研发，突破从实验室研究到产业化开发的技术瓶颈。在基于肿瘤生化特性的分子靶向药物设计与诊疗应用、纳米药物的智能设计与肿瘤多模态精准诊疗以及肿瘤免疫治疗等领域都做出创新性的成果。获得国家万人计划、国家863计划、国家自然科学基金项目等多个项目的资助，先后入选了万人计划青年拔尖人才（2015）、新世纪优秀人才支持计划（2010）、国家863 青年科学家（2013）、霍英东青年教师奖（2014）等人才计划。近五年以通讯作者在Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Funct. Mater.及ACS Nano等本领域主流杂志发表论文超过200篇，封面论文30篇，h-index 50，申报中国专利50项，授权美国专利1项，实现技术成果转化8项，实现了良好的经济价值与社会效益。担任第六届国际硒研讨会主席，以第一完成人获得2018年中华医学滚球体育 奖青年滚球体育 奖、2018广东省自然科学二等奖、2017广东省滚球体育 进步三等奖、2017中国产学研创新成果奖、2015广州市滚球体育 二等奖、2016首届中国创新大赛优秀奖、2014第三届金博奖及2012第七届国际发明展览会银奖等滚球体育 奖励，在解决生物医药工程领域的关键技术问题及科学应用与产业转化方面做出了重要贡献。

基金资助

上述研究工作得到了国家自然科学基金 (21877049, 21701051)、国家高层次人才特殊支持计划 (W02070191)、广东省自然科学基金 (2017A030313051)、中国博士后科学基金 (2016M600705) 和中央高校基本科研业务费专项资金 (21616106) 等项目的资助。

论文信息

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

本文由暨南大学陈填烽团队供稿。

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