一种新型冷触发硫化氢控释纳米微粒对心脏移植保存液中缺血心脏的保护及作用机理研究

Hydrogen sulfide is a recently discovered cardioproctective gas molecule. It prevents cardiocytes from ischemia/reperfusion injury through multiple pathways, and then further improves the transplanted heart performance. However, the instability of hydrogen sulfide restricts its application in heart reserving solution. This study, based on our previous research, aims to construct cold-temperature-responsive nanoparticles for controlled hydrogen sulfide release. In this study, the hydrogen sulfide nanoparticles are embedded in cold-temperature-responsive hydrogel. When the temperature cools down from room temperature to a low temperature(4℃), the hydrogel exhibits a temperature-dependent gel-sol phase transition. The hydrogen sulfide nanoparticles are released with continuous, steady hydrogen sulfide release as well. Meanwhile the continuous and steady release rate of hydrogen sulfide is more consistent with physiological situations. In this study, we also try to investigate the mechanism of the cardioproctective effects by hydrogen sulfide under low temperature situation through metabonomic technique（ATGL/PPARα pathway）. If the hydrogen sulfide release system can be used successfully in heart reserve solution, it might bring a better and longer cardiac protective effect in the isolated heart model and heart transplantation animal model. The present study provides a new idea of heart reserve solution, and if successful, it brings more good news for heart transplant patients.

硫化氢是新近发现的心肌保护性气体分子，可减轻心肌细胞的缺血再灌注损伤，改善移植心脏的功能，然而硫化氢本身的不稳定性限制了其在心脏移植保存液中的应用。本研究在前期工作基础上，旨在通过高分子合成方法制备冷触发相变凝胶，并包裹硫化氢控释纳米微粒，从而构建冷触发硫化氢控释纳米微粒。此微粒在常温下成凝胶状态稳定存在于保存液中，在低温（4℃）时呈液态，可以持续地释放硫化氢。此特性极大地简化了在心脏保存液中添加硫化氢供体的操作步骤，为发展一体式含硫化氢心脏保存液奠定基础。同时持续稳定的硫化氢释放更符合生理情况。在离体心脏模型中，通过代谢组学方法，本研究揭示了一条可能全新的硫化氢对缺血心脏的保护机制---通过ATGL/PPARα途径。项目成果对于深化硫化氢保护心肌的分子机制提供重要理论进展，为发展冷触发硫化氢控释纳米微粒在心脏保存液的应用提供重要的理论基础。本研究将为心脏移植患者的供心选择带来福音。

心脏移植是目前治疗终末期心脏病的最佳方法，但是由于供体心脏对于缺血情况极其敏感，心脏移植的开展很大程度上受到供心保存条件的限制。硫化氢（H2S）是一种内源性气体分子，可以保护心肌免受缺血再灌注损伤，但由于缺乏理想的H2S供体以及无法在溶液中长期储存，限制了其应用。本课题在前期工作的基础上，旨在通过高分子合成方法制备冷触发相变聚合物，并包裹H2S控释纳米微粒，从而构建冷触发H2S控释纳米微粒，并进一步探究H2S在心肌缺血再灌注中的保护作用。.我们首先通过Schotten-Baumann反应合成了NNPAM单体，进一步通过自由基聚合将疏水性TBA引入PNNPAM中，合成了温度响应型共聚物壳P (NNPAM-co-TBA) (PNNTBA)，这一聚合物的最低共溶温度可达最低6.8℃，1H NMR和FTIR光谱的结果提示聚合物构建成功。使用介孔二氧化硅纳米粒子 (MSN) 作为二烯丙基三硫化物（DATS）控释载体，并在其表面涂覆PNNTBA，构建了一种新型的H2S释放系统（HT-MSN）。动态光散射结果显示DATS-MSN的平均流体动力学直径为236 ± 34 nm, 具有窄尺寸分布。透射电子显微镜图片进一步提示颗粒是单分散的，尺寸均匀，呈约261 nm的规则球形，同时与涂层前的DATS-MSN相比，DATS-MSN颗粒被封装在浅灰色PNNTBA聚合物涂层中。DATS-MSN的计算载药量为39.02 ± 0.2%，包封效率为63.05 ± 0.3%。硫化氢释放试验提示HT-MSN效果优于纯药DATS，且具有缓释作用。CKK8实验证实该系统有良好的生物安全性，细胞实验证实该系统对缺氧-复氧心肌细胞模型有保护作用，动物实验也表现出相同的结果。.前期的代谢组学结果提示H2S对缺氧-复氧心肌细胞模型的保护作用可能是通过ATGL调控的。我们利用慢病毒构建出稳定低表达ATGL的心肌细胞系，并初步证实HT-MSN通过ATGL/PPARα通路保护缺血再灌注心肌。.总之，我们构建出一种新型的H2S释放系统（HT-MSN），该系统具有良好的生物相容性、温度响应性和可控的H2S释放模式，为心肌保护免受缺血再灌注损伤提供了新方法，为心脏移植患者带来了可观的益处。