学术研究报告：载褪黑激素的PLGA纳米颗粒减轻CCl4诱导的大鼠肝损伤

作者及发表信息

本研究由来自埃及开罗大学（Cairo University）生物技术系的Alyaa Farid、October University for Modern Sciences and Arts (MSA)生物技术学院的Valina Michael和Gehan Safwat合作完成，于2023年发表在《Scientific Reports》期刊（Volume 13, Article number: 16424），标题为《Melatonin loaded poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) nanoparticles reduce inflammation, inhibit apoptosis and protect rat’s liver from the hazardous effects of CCl4》。

学术背景

肝脏是负责解毒、代谢和免疫调节的关键器官，但化学污染物（如四氯化碳CCl4）可导致氧化应激、炎症和细胞凋亡，引发肝纤维化甚至肝癌。褪黑激素（Melatonin, Mel）是一种具有抗氧化和抗炎特性的内源性激素，但其临床应用受限于半衰期短、生物利用度低及副作用（如嗜睡、生殖激素干扰）。因此，本研究旨在开发一种基于聚乳酸-羟基乙酸共聚物（poly(lactic-co-glycolic acid), PLGA）的纳米颗粒（nanoparticles, NPs）递送系统，以增强Mel的靶向性、缓释效果，并降低其剂量依赖性毒性。

研究流程

1. 纳米颗粒制备与表征

• 方法：采用一步纳米沉淀-溶剂挥发法制备载Mel的PLGA NPs（Mel-PLGA NPs）。将20 mg PLGA溶于丙酮，加入2 mg Mel形成有机相，注入蒸馏水后挥发丙酮，冷冻干燥得到NPs。
  
• 表征：通过透射电镜（TEM）观察NPs形态为87–96 nm的球形颗粒；动态光散射（DLS）显示流体力学直径为41 nm，Zeta电位为−6 mV。高效液相色谱（HPLC）测定封装效率（EE%）和载药量（DL%）分别为59.9%和12.5%。
  
• 体外释放实验：Mel在10–20小时内突释，随后持续释放至140小时，符合缓释特性。
  

2. 体外功能验证

• 抗氧化活性：通过DPPH自由基清除实验，Mel-PLGA NPs的抗氧化能力呈剂量依赖性，与抗坏血酸相当。
  
• 细胞毒性：Caco-2细胞暴露于40 μg/mL NPs时存活率良好，IC50为175.9 μg/mL。
  
• 抗凝血效果：NPs显著延长凝血酶原时间（PT）和部分凝血活酶时间（PTT）。
  
• 抗炎作用：NPs在100–1000 μg/mL浓度下抑制红细胞溶血，效果与消炎药吲哚美辛相当。
  

3. 体内实验设计

• 动物模型：雄性Sprague Dawley大鼠（200 g）分为健康组（H）和CCl4肝损伤组（I），每组再分为5亚组（n=5）：
  
  • H组：健康对照组（Gi）、Mel（5或10 mg/kg）处理组（Gii–Giii）、Mel-PLGA NPs（5或10 mg/kg）处理组（Giv–Gv）。
    
  • I组：CCl4损伤未治疗组（Gi）、Mel或NPs治疗组（Gii–Gv）。
    
• 处理方案：CCl4（0.5 mg/kg，腹腔注射，每周2次，持续4周）诱导肝损伤后，每日注射Mel或NPs治疗4周。
  

4. 体内效果评估

• 肝功能指标：CCl4损伤组血清ALT、AST和总胆红素显著升高（80.2 U/L、64.8 U/L、1.9 mg/dL），白蛋白降低（1.2 g/dL）。Mel-PLGA NPs（5 mg/kg）治疗使指标恢复至正常水平，效果优于游离Mel。
  
• 氧化应激：NPs降低肝组织丙二醛（MDA, 16.2→10.9 nmol/g），提升抗氧化酶（GPx、SOD、CAT）活性。
  
• 炎症因子：NPs下调促炎因子（IL-1β、TNF-α、IL-6），上调抗炎因子IL-10。
  
• 组织病理学：NPs治疗组肝组织中央静脉和肝细胞形态接近正常，免疫组化显示NF-κB和C反应蛋白（CRP）表达阴性，而CCl4损伤组呈现显著炎症浸润和凋亡。
  
• 凋亡分析：流式细胞术显示NPs降低促凋亡蛋白（Bax、p53、Caspase-3/8），提升抗凋亡蛋白Bcl-2。
  

主要结果与逻辑关系

1. NPs的物理特性（如小尺寸、负电荷）确保其稳定性和缓释性，为后续功能实验奠定基础。
   
2. 体外实验证明NPs的抗氧化、抗炎和安全性，支持其体内应用合理性。
   
3. 体内实验中，NPs通过调节氧化应激-炎症-凋亡轴逆转CCl4毒性，且5 mg/kg剂量即可达到10 mg/kg游离Mel的效果，证实其增效减毒特性。
   

研究结论与价值

• 科学价值：首次系统验证Mel-PLGA NPs通过多靶点机制（抗氧化、抗炎、抗凋亡）缓解肝损伤，为纳米载药系统设计提供新思路。
  
• 应用价值：NPs可降低Mel临床用量，减少副作用，潜在适用于酒精性肝病、药物性肝损伤等疾病。
  

研究亮点

1. 创新递送系统：PLGA NPs实现Mel的靶向缓释，解决其药代动力学缺陷。
   
2. 多维度机制解析：结合生化、组织学、流式细胞术等多方法，全面阐明NPs的肝保护机制。
   
3. 剂量优化：5 mg/kg NPs的疗效优于游离Mel，凸显临床转化潜力。
   

其他价值

研究局限性包括仅使用大鼠模型，未与其他疗法对比，未来需拓展至高等动物及长期毒性评估。