数年来,肾结石病高发。结石的大小和成分各异,常见的成分为草酸钙、磷酸钙和尿酸等。结石主要来源于尿液中矿物质和盐的结晶,导致在尿路内聚集并形成固体结构。肾结石会引发剧烈疼痛或慢性、长期的影响,例如肾脏损伤、尿路感染或血尿等。目前的治疗方法主要为药物干预(帮助小结石排出)、体外冲击波碎石术和手术干预。但肾结石病的复发率较高,亟需管理结石复发的新方法或有针对性药物载体的开发。在此背景下,作者团队将四面体框架核酸(tFNAs)与中药小分子虎杖苷结合,通过铁死亡机制预防尿路结石复发。
实验原理如图1所示。首先,构建了四面体框架核酸(tFNAs),将小分子药物与tFNAs混合震荡6小时实现药物搭载。随后通过凝胶电泳、GelRed荧光竞争、TEM、AFM和DLS等实验手段综合验证四面体组装效果、药物搭载效率、形貌大小和粒径电位,证明了tFNAs的成功组装和虎杖苷的成功搭载(tFNAs-P)(图2)。
进一步,作者团队验证了tFNA和tFNA-P的生物分布(图3)。结果表明,载体在体内不同器官中的积累程度为:肝脏>肾脏>脾脏>肺部>心脏,并且tFNA-P表现快速分泌行为,注射后1小时达到浓度峰值,此后逐渐下降,这表明需要多次重复给药。并且,tFNA-P可以靶向至肾近端小管细胞处。以HK2细胞作为细胞模型,用于评估tFNA-P的摄入,发现HK2细胞对tFNA和tFNA-P能够显著吸收,免疫荧光强度从0小时持续增加到4小时。此外,给药2小时后HK2细胞内明显存在tFNA和tFNA-P。这些发现突出了tFNA和tFNA-P对肾近端小管的有效输送,表明了tFNA-P在肾结石疾病中的潜在治疗作用。
随后,在体内层面验证tFNA-P对肾结石复发的预防作用(图4)。通过体重评估、肾脏CT和切片表征以及肾功能分析,结果表明tFNA在抑制草酸钙晶体形成方面具有一定功效,并且实验结果凸显了tFNA和虎杖苷对抑制肾结石晶体形成和防止草酸钙引起的肾脏损伤的双重影响的互补必要性。
进一步,如图5所示,通过生物信息学分析锁定了tFNA-P功效的重要枢纽基因,并利用分子对接评估了小分子药物与潜在通路蛋白之间的相互作用。生物信息学分析结果暗示抑制铁死亡可能是tFNA和虎杖苷治疗过程的潜在机制。
研究团队随后分别在体外水平和体内水平证明了tFNAs-P可以通过抑制铁死亡机制实现肾结石的预防和肾损伤的保护(图6~7)。
总之,tFNAs-P具有良好的生物利用度,并实现了肾脏内肾小管细胞的精确靶向。tFNA-P在体外和体内环境中抑制肾结石复发和草酸钙引起的肾小管损伤方面表现出良好疗效。进一步生物信息学分析和体内外实验结果表明,tFNA-P能够通过抑制铁死亡来达到以上预防和治疗效果。