日前，南开大学生命科学学院暨药物化学生物学国家重点实验室赵强教授课题组在心肌梗死治疗方面取得新进展。团队提出局部微环境响应释放一氧化氮治疗心梗新策略，并设计制备了新型硝酸酯功能化心肌补片。该材料可利用心肌梗死区域低氧和酸性微环境在体内转化产生NO，有效发挥NO心肌保护功能，并促进梗死心肌的修复再生。相关研究成果以“Nitrate-functionalized patch confers cardioprotection and improves heart repair after myocardial infarction via local nitric oxide delivery”为题于近日在线发表在Nature communications上（2021, 12: 4501, DOI: 10.1038/s41467-021-24804-3）。
冠心病是一类由于冠状动脉粥样硬化引发的心脏疾病。血管狭窄或闭塞会导致心肌组织缺血缺氧甚至坏死，进而影响心脏功能。据统计我国目前有1100万冠心病患者。目前临床治疗手段主要包括血管搭桥和冠脉支架植入。虽然能够及时、有效地恢复心脏灌注，但缺血往往导致心肌细胞不可逆损伤。组织微环境对心肌细胞存活至关重要，但目前的口服和静脉给药缺乏靶向功能，因此对于改善缺血微环境，抑制细胞凋亡的作用非常有限。
一氧化氮（NO）是心血管系统的一个重要气体信号分子，对维持正常生理功能发挥关键作用。自1879年《Lancet》首次报道炸药原料—硝酸甘油可以用于治疗心绞痛以来，硝酸酯类药物，包括：硝酸甘油（GTN）、单硝酸异山梨酯（ISMN）、二硝酸异山梨酯（ISDN）等一直是临床治疗冠心病、心绞痛的首选药物。但直到1977年美国维吉尼亚大学的Ferid Murad教授才系统研究了硝酸甘油的药理学机制：其在细胞内通过转化释放NO舒张血管平滑肌，进而发挥扩张血管、增加冠状动脉血流的功能。相关研究工作也获得了1998年诺贝尔生理学与医学奖。
在该工作中，研究人员设计制备了一类硝酸酯功能化修饰的可降解聚合物材料，其可以在体内通过多步反应转化生成NO。从而将小分子药物转化为一类具有治疗功能的生物材料，并获得了授权专利（专利号: ZL201810739149.X）。在此基础上，研究团队利用静电纺丝技术制备了功能心肌补片用于心肌梗死治疗。当心梗发生后，局部缺血缺氧微环境可以加速一氧化氮的生成。近红外活体成像、化学发光、电子顺磁共振等分析表征都充分证实硝酸酯材料在体内释放一氧化氮的能力。在大鼠心肌梗死模型中应用该补片材料，局部递送一氧化氮可以降低心肌缺血损伤、减少细胞凋亡，促进血管新生并改善心脏重构。进一步还在大动物（猪）心梗模型中验证了其心肌保护作用和治疗功能，研究结果充分证明这类硝酸酯功能化心肌补片具有良好的临床转化前景。
图1：功能化心肌补片的作用机制
同小分子硝酸酯类药物相比，由于高分子材料不能跨过细胞膜，因此可在心肌组织原位转化形成NO，更好地发挥心脏保护功能。同时可以有效解决小分子硝酸酯药物全身性递送导致的反射性心动过速和低血压等不良反应。
南开大学生命科学学院暨药物化学生物学国家重点实验室赵强教授与上海交通大学医学院上海儿童医学中心殷猛主任医师为本文的共同通讯作者，南开大学博士研究生朱大帅、天津医科大学药学院副教授侯静丽和南开大学博士研究生钱盟为本文共同第一作者。南开大学医学院车永哲教授和上海儿童医学中心潘燕军医师在动物模型方面给予了指导。该工作得到了国家重点研发计划战略性国际科技合作重点专项（2018YFE0200503）和国家自然科学基金杰青项目、创新群体项目以及面上项目（81925021, 81921004, 81873923, 81973269, 81871500）的支持。
