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目的: 干眼是最常见的眼部疾病,其发病率高、机制复杂、病程反复、难以根治而成为重要的社会公共卫生问题。前期研究发现,逆境胁迫(如干燥环境)下ROS失衡引起的线粒体氧化损伤可能是造成干眼发病的重要原因之一。Mito Q是一种带正电荷、线粒体靶向的多功能抗氧化物,能够清除线粒体内ROS。本研究主要目的是制备一种基于Mito Q的抗氧化纳米粒子,增加Mito Q跨膜转运效率,促进其在线粒体中富集,并高效清除线粒体内ROS,从源头上抑制ROS失衡的发生。首先通过高温辅助电荷驱动自组装构建 Mito Q/HA抗氧化纳米粒子,评价纳米粒子相关参数及其对人角膜上皮细胞株(HCECs)的毒性、线粒体靶向性;其次,在高渗胁迫的氧化应激HCECs细胞干眼模型中,进一步研究Mito Q/HA纳米药物抑制炎症反应过程中的分子机制;最后,通过本课题组开发的智能控制环境系统(ICES)构建小鼠干眼模型,研究 Mito Q/HA 纳米药物对于干眼模型小鼠的治疗效果。 方法: 透明质酸(HA)是一种带负电的天然多糖,常作为滴眼液辅料。将带正电的Mito Q溶液滴加至HA溶液中,在高温辅助下利用电荷相互作用自组装形成Mito Q/HA纳米粒子。首先,利用马尔文粒度分析仪、透射电子显微镜(TEM)等仪器研究不同制备条件(温度、投料比等)对纳米粒子形貌、粒径、Zeta 电位、多分散指数(PDI)的影响,同时应用酶标仪测定不同条件下纳米粒子对Mito Q的包载量和包封率,以期寻找制备Mito Q/HA纳米粒子的最佳条件。其次,应用超高压液相色谱-质谱联用(UPLC-MS-MS)仪研究 Mito Q的体外释放规律及其在 HCECs 细胞线粒体内的富集,并使用 CCK-8评价药物对 HCECs的毒性。接着,在 HCECs 中以310 mOsm为等渗对照组,500 mOsm为高渗对照组,用Real-time PCR和Western blot对比分析MitoQ/HA纳米药物、游离Mito Q和HA处理高渗胁迫下HCECs细胞TRPM2、NLRP3和IL-1β的基因和蛋白表达。最后,采用本课题组开发的智能控制环境系统(ICES)构建小鼠干眼模型,用于Mito Q/HA抗氧化纳米粒子疗效评估,即系统相对湿度、空气流速和温度分别设定为15.3±3%,2.1±0.2 m/s和21-23℃,将C57BL/6系雌性小鼠(4-6周龄)置于 ICES 系统中7天诱导干眼,药物治疗组分别给予 HA 稀释成0.3 mM,0.1 mM,0.05 mM 的 Mito Q/HA 纳米药物局部点眼;治疗对照组以相应浓度的游离 Mito Q 和药物载体 HA 眼水局部点眼,4次/天,评估其对干眼形成的抑制效果。 实验分为9组: 1)置于正常环境并无干预措施的正常对照组; 2)置于 ICES 中7天并无干预措施组; 3-5)置于 ICES 中并同时双眼予HA稀释成0.3 mM,0.1 mM,0.05 mM的MitoQ/HA纳米药物点眼7天组; 6-8)置于ICES中并同时双眼予生理盐水稀释成0.3 mM,0.1 mM,0.05 mM的游离 Mito Q 点眼7天组; 9)置于 ICES 中并同时双眼予药物载体 HA 点眼7天组。在实验第0、7天进行所有实验动物的临床眼表评估(角膜荧光染色评分)。于7天时,分别摘取正常组及治疗7天组小鼠完整眼球制作冰冻切片,使用 ROS试剂盒检测组织中 ROS 水平,进一步评估治疗效果。 结果: 1)120℃加热20 min条件下,MitoQ/HA纳米药物呈规则球形,粒径约为400nm,PDI约为0.2,电位约为-45mV。 2)与游离Mito Q相比, MitoQ/HA NP有很好的缓释效果,到达线粒体浓度约为游离Mito Q的两倍,而且细胞毒性小。 3)在 HCECs 中,与对照组相比,在500 mOsm 的条件下, TRPM2、NLRP3 和 IL-1β 的基因和蛋白表达量均上升,但 Mito Q/HA 纳米药物可显著降低其基因和蛋白表达水平。 4)在小鼠干眼模型中,小鼠角膜荧光素钠染色评分显示0.1 mM的MitoQ/HA纳米药物评分最低,治疗效果最佳,接近正常水平。小鼠在 ICES 饲养箱中饲养7天后,其角膜、结膜组织中 ROS 水平明显增多,0.1 mM的MitoQ/HA纳米药物治疗后,几乎接近正常水平。 结论: 我们成功制备了线粒体靶向高抗氧化Mito Q/HA纳米粒子,呈规则球形,具有较好的包封率、高载药率、缓释作用,与游离MitoQ相比,毒性低、线粒体药物浓度高的特点。体外实验证明纳米粒子对于细胞逆境有很好的抗氧化特性。在合适的浓度下,对于干眼动物模型具有很好的治疗效果。线粒体靶向抗氧化剂可作为干眼的治疗新靶点。