超声激活双靶向脂质体用于可视化精准神经调控以对抗心肌缺血再灌注损伤
主要作者： Haoyuan Hu, Weiqin Yao, Huijun Wu, 等 通讯作者： Hong Jiang (武汉大学人民医院), Yao Sun (华中农业大学), Wei-Hai Chen (武汉大学), Songyun Wang (武汉大学人民医院) 发表期刊： Materials Today Bio, 2026年2月24日在线发表。
研究背景 尽管经皮冠状动脉介入治疗或溶栓治疗能恢复急性心肌梗死患者的冠状动脉血流，但随后的心肌缺血再灌注（ischemia/reperfusion, I/R）损伤及其相关的室性心律失常仍然是临床上未解决的主要难题。现有证据证实，交感神经过度激活和炎症反应是心肌I/R损伤的基本病理生理机制。下丘脑的室旁核（paraventricular nucleus, PVN）是交感神经活动和神经免疫反应的关键整合中枢，其中小胶质细胞激活和交感神经过度兴奋会形成一个自我放大的恶性循环。更重要的是，来自PVN的异常神经信号会通过下游神经环路，特别是左侧星状神经节传递，从而显著加重心肌I/R损伤。
现有的干预措施如左侧星状神经节切除或阻滞虽然有效，但因其侵入性、非特异性和不可逆性而限制了临床转化。因此，开发一种能够同时实现非侵入性、靶向性、可逆性和诊疗一体化的新型神经调控策略至关重要。声动力疗法（sonodynamic therapy, SDT）因其非侵入性和深层组织穿透性而成为一种有前景的治疗模式。然而，现有的声敏剂缺乏对神经炎症微环境的主动靶向能力，导致了脱靶毒性风险和治疗精准度的限制。为了解决这些问题，本研究旨在构建一种兼具神经炎症双靶向和诊疗一体化功能的声敏剂，以实现高效精准的声动力神经调控。
研究流程与方法 为实现上述目标，研究团队首先设计并合成了一种基于供体-受体-供体（donor-acceptor-donor, D-A-D）骨架的近红外二区（near-infrared-II, NIR-II）发光声敏剂，命名为BT。该声敏剂以苯并双噻二唑（BBTD）为电子受体，三苯胺（TPA）为电子供体。随后，为了赋予其神经炎症靶向能力，通过薄膜水化法制备了由BT、卵磷脂、胆固醇和DSPE-PEG2000-Mal组成的脂质体（命名为BT@Lip），并利用迈克尔加成反应在其表面修饰了末端马来酰亚胺基团。最后，分别将交感神经元特异性抗体（抗去甲肾上腺素转运体抗体，anti-NAT）和小胶质细胞特异性单克隆抗体（抗跨膜蛋白119抗体，anti-TMEM119）偶联到脂质体表面，成功构建了超声激活的双靶向脂质体纳米平台，命名为BT@Lip-TN。
体外研究部分，研究团队首先对BT@Lip-TN的理化性质进行了全面表征，通过动态光散射、透射电镜、zeta电位、超分辨率成像和SDS-PAGE电泳等技术，验证了其粒径稳定性、抗体成功修饰以及在酸性炎症环境中的高效释放特性。接着，评估了其光物理和声动力性能，使用808 nm激光作为激发光源，检测了其吸收和NIR-II荧光发射光谱，并以商用声敏剂吲哚菁绿作为对照，利用活性氧（reactive oxygen species, ROS）荧光探针DCFH-DA检测了其在超声（参数为1 MHz, 0.5 W/cm²）照射下的ROS产生能力，并进一步通过特异性探针和电子自旋共振波谱鉴定了产生的ROS类型。
在细胞层面，研究团队建立了包含BV2小胶质细胞（表达TMEM119）、Cath.a交感神经元细胞（表达NAT）和小鼠脑毛细血管内皮细胞的共培养体系，通过NIR-II荧光显微镜观察BT@Lip-TN的细胞摄取选择性。通过亚细胞共定位实验确定其在细胞内的分布，并使用CCK-8和活死染色评估其安全性。在机制探索上，采用DCFH-DA探针和流式细胞术检测胞内ROS，利用JC-1探针检测线粒体膜电位变化，通过生物透射电镜、LC3免疫荧光和MDC染色评估自噬水平，并用Western blot检测PINK1-Parkin通路相关蛋白的表达。
体内研究部分，首先通过大鼠尾静脉注射和PVN微注射两种给药方式，利用NIR-II荧光成像系统评估了BT@Lip-TN的体内药代动力学特征和代谢分布。为验证其功能性成像能力，建立心肌缺血大鼠模型，观察PVN区域的荧光信号变化。在此基础上，设计体内药效学实验，将24只Sprague-Dawley大鼠随机分为对照组、I/R模型组、US + BT@Lip组和US + BT@Lip-TN组。在PVN微注射后4小时施加超声辐照（1 MHz, 1.5 W/cm²），随后建立心肌I/R模型。24小时后，通过免疫荧光染色检测PVN区域c-fos、TMEM119、Iba-1、NAT、酪氨酸羟化酶等标志物的表达，评估神经炎症水平。同步记录左侧星状神经节神经活性和心率变异性，并检测血清去甲肾上腺素水平，以评估自主神经功能。最终，通过心脏超声、伊文思蓝-TTC染色、苏木精-伊红染色、心肌氧化应激及血清心肌酶检测、心脏电生理检查（动作电位时程、有效不应期、室颤阈值）等多维度指标，系统评价声动力调控对心肌损伤的保护作用。最后，对心肌组织进行RNA测序和生物信息学分析，以揭示潜在的分子机制。
主要研究结果 体外理化性质表征结果显示，制备的BT@Lip-TN在磷酸盐缓冲液和10%胎牛血清中孵育7天，其平均水动力学直径变化极小，表现出优秀的长期稳定性。其在pH 6.5条件下的药物释放效率显著高于pH 7.4，验证了在酸性炎症病变中可实现位点特异性高效释放。Zeta电位从-24 mV变为-13.5 mV，结合超分辨率成像和SDS-PAGE结果，共同证实了TMEM119和NAT抗体在脂质体表面的成功修饰。
声动力性能评估显示，BT@Lip-TN的NIR-II发射峰约位于910 nm，具有大斯托克斯位移。在超声（0.5 W/cm², 180 s）照射下，BT@Lip-TN诱导的DCF荧光增强倍数是商用声敏剂ICG的近3倍，展现出优越的ROS生成能力。进一步的ROS类型鉴定表明，BT@Lip-TN在超声激发下主要产生羟基自由基（•OH），而非单线态氧。此外，其组织穿透深度可达10厘米，兼具出色的荧光和ROS穿透能力。
细胞实验结果证实了BT@Lip-TN的高度靶向特异性，其被BV2和Cath.a细胞摄取的荧光强度分别是内皮细胞的38.57倍和32.92倍。BT@Lip-TN进入细胞后主要定位于线粒体。在安全浓度（<40 μM）内，超声激活的BT@Lip-TN可有效诱导线粒体ROS产生，导致线粒体膜去极化。生物透射电镜、LC3免疫荧光等实验结果表明，US + BT@Lip-TN组细胞内自噬溶酶体形成显著增加。Western blot结果显示，该组PINK1和Parkin蛋白表达上调，LC3-II/I比值升高，自噬底物P62下调，证明其通过激活PINK1-Parkin信号通路促进了线粒体自噬（mitophagy），从而调制神经炎症。
体内成像结果表明，静脉注射后BT@Lip-TN的血液半衰期约为1.284小时，主要通过肝胆系统和肾脏代谢。PVN微注射后，其在脑区的荧光信号约在4小时达到峰值。在心肌缺血模型中，PVN区域的荧光信号显著增强，这归因于该区域交感神经和小胶质细胞的过度激活导致对BT@Lip-TN的摄取增加，成功实现了对神经炎症活性的实时功能性NIR-II成像。
药效学实验结果显示，与I/R组相比，US + BT@Lip-TN组可显著逆转PVN区域c-fos、TMEM119、Iba-1和NAT等神经炎症及激活标志物的过表达，其效果优于非靶向的US + BT@Lip组，证实了精准靶向调控的优势。该组还显著促进了PVN区域的ROS产生和自噬水平。下游效应显示，US + BT@Lip-TN治疗显著抑制了I/R引起的左侧星状神经节神经放电频率和振幅的增加，并改善了心率变异性指标，降低了血清去甲肾上腺素水平，有效缓解了交感神经过度激活和自主神经失衡。最终，在心脏保护层面，US + BT@Lip-TN治疗减轻了心肌纤维结构紊乱，将心肌梗死面积从I/R组的22.58%显著缩减至9.67%，并显著改善了左心室射血分数和短轴缩短率等心功能指标。同时，心肌氧化应激标志物丙二醛水平降低，抗氧化酶活性增强，血清心肌损伤标志物水平下降。心脏电生理检查显示，靶向声动力调控能延长动作电位时程和有效不应期，减小空间离散度，并提高室颤阈值，稳定了心室电生理特性。蛋白印迹分析表明，该治疗逆转了I/R诱导的神经生长因子及其受体的过表达，并恢复了缝隙连接蛋白43的表达。
RNA测序和生物信息学分析揭示了潜在的心脏保护机制。与I/R组相比，US + BT@Lip-TN干预后，心肌组织中与碳代谢和脂肪酸代谢相关的基因显著上调，而白介素-17信号通路相关基因则显著下调。进一步的qPCR验证证实，肉碱棕榈酰转移酶2、异柠檬酸脱氢酶2等代谢关键基因表达上调，白介素-18等促炎因子基因表达下调。这表明靶向声动力神经调控可通过增强心肌细胞能量代谢并抑制炎症反应来发挥心脏保护作用。
结论与价值 本研究首次成功设计并构建了一种神经炎症双靶向声敏剂BT@Lip-TN，它将NIR-II荧光成像引导、抗体介导的精准递送、超声触发的ROS（特别是•OH）产生以及线粒体自噬诱导功能集于一体，形成了一个一体化诊疗平台。该平台能够实现对心肌I/R后PVN区域神经炎症的实时功能性成像和精准声动力调控，通过抑制交感神经炎症、改善心脏功能、减少梗死面积和稳定心脏电生理，有效缓解了心肌I/R损伤。这项研究开创了可视化精准神经调控的新策略，为心肌I/R损伤的临床干预提供了全新的见解，并展示了巨大的临床转化潜力。
研究亮点 本研究的最大亮点在于其创新性的“双靶向”设计。通过同时靶向交感神经元的NAT和小胶质细胞的TMEM119这两种在神经炎症中密切关联的细胞，实现了对恶性循环的直接干预，达到了协同增效的治疗效果。其次，该平台兼具诊疗功能，其NIR-II荧光成像能力实现了对深部脑区神经炎症过程的实时、无创监测，为指导治疗时机和评估疗效提供了可能，是实现“可视化精准调控”的关键。再者，深入阐明了声动力疗法的新机制，即BT@Lip-TN主要产生•OH并通过激活PINK1-Parkin通路诱导线粒体自噬，从而调制神经炎症，这一发现为后续研究提供了新的分子靶点。最后，该研究从PVN神经核团到左侧星状神经节，再到心脏终末效应器，系统性地验证了基于“脑-心环路”的神经调控策略的有效性，为心血管疾病的神经免疫治疗提供了完整且令人信服的证据链。