基于药物载体的心肌梗死治疗进展

邵敬津 刘佳 潘莹 罗玉梅，

(1.广东医科大学，广东 湛江 524000；2.深圳市龙岗区人民医院，广东 深圳 518172)

心肌梗死是冠状动脉闭塞引起所供应的心肌缺血坏死，死亡的心肌细胞逐渐被成纤维细胞代替，从而导致心肌纤维化和心室重塑。在过去的几十年里，经皮冠状动脉介入治疗(percutaneous coronary intervention，PCI)和冠状动脉旁路移植术(coronary artery bypass grafting，CABG)成为治疗急性心肌梗死的常用方法，显著降低了心肌梗死的死亡率。然而，约30%的冠心病患者由于解剖结构不佳或血管情况复杂而不适合PCI或CABG治疗[1]。因此，近年来，关于潜在新疗法的研究越来越多。一般认为成年哺乳动物心脏的终末分化心肌细胞已经退出细胞周期，并且在心肌梗死后几乎无增殖能力[2]。然而，Nakada等[3]研究表明，进行性全身性缺氧可以激活成年小鼠心脏再生能力。此外，在成人心脏中可以检测到新的心肌细胞，这也表明了一定程度的再生潜能[4]，但这种内源性的更新水平不足以修复心肌梗死后的心肌损伤。已有研究证实，血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)和血小板衍生生长因子(platelet derived growth factor，PDGF)等血管生成因子是促进血管形成的有效调节因素[5]，可促进梗死心肌局部血管生成及心肌细胞的存活和增殖，减少细胞凋亡和不利的心室重塑[6-7]。

然而，血管生成因子易被蛋白酶水解，将其应用于临床仍存在诸多挑战，包括短暂的半衰期和较低的全身递送效率。另外，剂量过低时无法在梗死部位达到有效浓度，而高剂量则可能引起肿瘤生长等副作用。载体可以实现药物局部递送及控制药物以高活性状态持续释放，提高疗效，给心肌梗死治疗提供新的希望。现对基于载体的心肌梗死治疗进展进行综述。

1 水凝胶

水凝胶在结构上类似于组织细胞外基质，允许血管生成因子具有它们首选的构象，并以最佳方式持续释放。同时，水凝胶易于加工和修饰成具有靶向功能的载体，减少全身用药的副作用[8]。另外，水凝胶可以在血管生成过程中及时降解，具有良好的生物相容性而成为理想载体。但外源性天然水凝胶具有一定的免疫原性，并且在降解率的控制上仍存在不足。而合成水凝胶或许是一种更好的选择，因为它可以通过调节交联及溶胀的密度来控制药物释放曲线和载体降解速率，并且具有更强大的机械性能[9]。

VEGF通过与VEGF酪氨酸激酶受体[如血管内皮生长因子受体(vascular endothelial growth factor receptor，VEGFR)-1]结合启动一系列信号传导通路，最终改变血管内皮细胞通透性[10]。它还可以促进内皮细胞增殖形成新的血管，并刺激造血干细胞从骨髓迁移到梗死部位以替代坏死心肌细胞。此外，另一种VEGFR(VEGFR-2)在介导循环内皮前体细胞向血管生成部位募集的过程中发挥了重要作用[11]。Li等[12]将VEGF与肝素修饰的明胶结合封装成可注射水凝胶，保护VEGF免受蛋白酶水解，实现了VEGF以高生物活性持续释放超过3周，并比空白对照组观察到更密集的细胞浸润和血管生成。另外，在心肌梗死大鼠模型中也观察到可降解型水凝胶释放VEGF可促进血管生成和改善心功能[13]。尽管VEGF在血管生成中起着重要作用，但临床前研究表明，单一使用VEGF治疗心肌梗死的效果是有限的[14]。这表明，其他体液因子和旁分泌因子的协同机制可能也参与了完整的血管生成过程。

碱性成纤维细胞生长因子(basic fibroblast growth factor，bFGF)也是一种强效的促血管生成蛋白，在众多的bFGF受体和相应的配体中，只有bFGF-1、bFGF-2及其相应的bFGF-1受体、bFGF-2受体与心脏修复有关[15-16]。bFGF-2与其受体结合可促进内皮细胞、平滑肌细胞、成肌细胞和心肌细胞的增殖和存活[17]；上调血管平滑肌细胞中PDGF受体而促进新生血管的成熟和稳定[18]；最后，选择性地促进免疫细胞驱动的动脉生成。而bFGF-1可以促进内皮细胞排列成管状结构和微血管萌发[19]，与直接向心肌梗死大鼠模型心肌内注射游离bFGF相比，使用明胶水凝胶封装bFGF可延长其活性持续至少4周，显著增加梗死边缘区毛细血管和小动脉数量，减少心肌细胞凋亡，减轻左心室重塑，改善心功能[20]。

CXCR4阳性骨髓细胞与心脏修复机制密切相关，而基质细胞衍生因子-1(stromal cell derived factor-1，SDF-1)是已知的最突出的CXCR4阳性骨髓细胞归巢因子。心肌梗死后，SDF-1表达迅速上调，促进心肌修复[21]。N-乙酰-丝氨酰-天冬氨酰-赖氨酰-脯氨酸(N-acetyl-seryl-aspartyl-lysyl-proline，Ac-SDKP)是一种血管生成肽[22]。研究[23]发现，将装载有SDF-1和Ac-SDKP的水凝胶注射到左心室梗死区，在治疗4周后，可见明显的血管生成并减少梗死面积和最大壁厚，实现左心室功能的显著改善。

2 纳米材料

纳米材料表面可以使用抗体、肽或小分子修饰以实现靶向递送，从而提高治疗效果[24]。一般情况下，纳米颗粒由于其较大的比表面积而被快速降解。在保证足够有效释放时间及治疗效果的情况下，这种更高的生物降解性可能会减少组织内的慢性炎症反应。聚乙二醇和聚乳酸-羟基乙酸共聚物纳米颗粒可有效地装载并持续释放具有生物活性的利拉鲁肽。在心肌梗死大鼠模型中，向心肌内注射利拉鲁肽纳米颗粒可减少心肌细胞凋亡，促进血管生成，缩小梗死面积，保留室壁厚度，改善心功能，且不影响血糖水平[25]。将该方法应用于VEGF、胰岛素样生长因子-1的研究中亦观察到类似的结果[26-27]。

心肌缺血再灌注损伤产生的活性氧和细胞内升高的Ca是细胞死亡和心肌肥大发生的关键介质。L型Ca通道是心肌细胞钙内流的主要途径，它的激活导致线粒体活性氧的产生和代谢进一步增加。应用针对L型Ca通道的α相互作用结构域/转录反式激活因子(AID-TAT肽)可以减轻再灌注后的心肌损伤[28]。Hardy等[29]使用多功能聚甲基丙烯酸缩水甘油酯纳米颗粒装载抗氧化剂姜黄素和AID-TAT肽，实现了高载药量和持续释放速率，在离体大鼠心脏实验中证明：同时给予AID-TAT肽和姜黄素可有效抑制L型Ca通道激活的超氧化物产生和线粒体膜电位，从而减轻心肌缺血再灌注损伤。

S-SDF-1是一种经修饰后具有抗蛋白酶能力的SDF-1，将其与自组装肽连接形成纳米纤维后进行心肌内局部递送，发现促进了干细胞的募集并改善了心肌梗死后的心功能，降低了天然SDF-1的神经毒性[30]。虽然PDGF具有促进血管生成的作用，但同时与肺动脉高压的发病机制相关，在全身给药时可能对心血管疾病患者有害。Hsieh等[31]利用自组装肽纳米纤维实现PDGF在心肌梗死大鼠模型心肌内受控释放，在治疗4个月后梗死心肌体积缩小，血管密度和局部血流量增加，并且不引起肺动脉高压。该团队进一步研究发现此法对于心肌梗死急性期同样具有益处[32]。

3 心脏补片

心脏补片作为生长因子及干细胞的递送系统，可直接黏附在心脏受损区域表面，并提供维持心脏跳动的机械支撑，堪称心脏“创可贴”。Spadaccio等[33]将装载有粒细胞集落刺激因子(granulocyte colony stimulating factor，GCSF)的聚L-丙交酯(poly-L-lactide，PLLA)支架作为心室补片应用于家兔慢性心肌梗死模型。与不含GCSF的心脏补片对照组相比，可见新血管数量显著增加，炎细胞浸润减少，可预防心室扩张及改善心脏功能。Chung等[34]通过静电纺丝法制造负载VEGF和心脏干细胞的PLLA心脏补片，该补片允许VEGF持续释放4周，在体外试验中促进了内皮细胞和心脏干细胞的迁移和增殖。此外，与直接心肌内注射VEGF相比，VEGF的持续低浓度释放对内皮细胞的体外毛细血管样网络形成显示出更加积极的影响。在大鼠心肌梗死模型中，可以观察到射血分数在统计学上显著增加，并且减少心肌纤维化。同样，在小鼠等心肌梗死动物模型中也能观察到类似的结果[35]。

尽管心脏补片在心肌梗死的治疗中有巨大的潜力，但目前市场上的心脏补片主要是非生物降解的聚四氟乙烯和可生物降解的牛心包，尚无可生物降解的合成聚合物补片应用于临床。此外，补片需要通过开胸手术植入，存在心包粘连、继发性感染、心功能恶化的风险[36]。

4 渗透泵

渗透泵是利用半透膜内外的渗透压差作为药物递送的驱动力，具有持续药物释放曲线。Scheinowitz等[37]用渗透泵对心肌梗死大鼠模型连续1周给予全身性bFGF(0.5 mg)或安慰剂，结果发现，全身使用bFGF对大鼠的左心室几何形状或细胞增殖无额外影响。为研究心包内局部使用bFGF的效果，Hermans等[38]将心包导管与皮下植入的渗透性微泵相结合应用于雄性Wistar大鼠，在较低剂量下即可达到心肌局部治疗浓度，而全身浓度较低，并降低了外周副作用。在慢性心肌缺血兔模型中，利用渗透泵向心包腔内输送bFGF，结果发现促进了新的心外膜小血管的生长。此外，这种效应在左心室肥大的情况下会增强。

5 细胞外囊泡

细胞外囊泡是由脂质双分子层包绕形成的球状膜性囊泡，是细胞自发或在一定条件下释放出的一种亚细胞成份，包括外泌体、膜微粒及微囊泡等[39]。其核酸内容物(包括信使RNA和线粒体RNA)可以转移到靶细胞并影响靶细胞，是一种具有药物递送能力的天然载体，在心脏再生治疗方面具有巨大潜力。Mackie等[40]将经过修饰的CD34+造血干细胞用外泌体介导的促血管生成因子——音猬因子(sonic hedgehog，Shh)递送至患有急性心肌梗死的小鼠心脏，此外，与注射未修饰CD34+造血干细胞以及空载体的对照组相比，注射Shh修饰的CD34+造血干细胞可减少梗死面积并增加梗死边界区毛细血管密度。然而，单独递送的细胞外囊泡寿命很短，将其与可注射补片结合使用可进一步提高治疗效果[41]。

6 总结

心肌梗死仍然是全球主要死因之一，尽管PCI和CABG等先进的治疗手段已挽救无数患者的生命，但其治标不治本，只能延缓疾病的发展，而不能逆转疾病。基于载体的心肌梗死治疗方法是一种新型且有广阔前景的心脏再生策略。本文强调了VEGF、bFGF及PDGF等血管生成因子在心肌梗死治疗中的作用。而水凝胶、纳米材料、心脏补片、渗透泵及细胞外囊泡等不同载体为血管生成因子的稳定、受控和靶向释放创造了条件，避免了常规给药的全身毒性和重复给药问题的困扰。但到目前为止，大多数研究都是在小动物身上进行，尚缺乏在大动物模型上进行的有价值的研究，其药物递送效率可能仍不足以在临床上实现心脏功能明显改善，在应用到人体之前需要更多的研究来证实其安全性和有效性。尽管基于载体的心肌梗死治疗方法从基础研究到临床应用还有很长的路要走，但一旦克服其在研发及应用中的相关问题后，心脏再生医学领域将取得突破性进展。