Nanonitrator：基于群體學(xué)習(xí)法研發(fā)配比的新型無機(jī)硝酸鹽增強(qiáng)保護(hù)劑

發(fā)表期刊：Sci Bull (Beijing)??

IF：?20.577?

發(fā)表時(shí)間：2023.03.30

研究背景

頭頸癌（HNC）是2020年全球第七大常見癌癥。放射治療HNC通常會導(dǎo)致長期HNC幸存者的唾液腺功能低下和口干。癥狀通常以累積輻射劑量依賴的方式加重，隨后導(dǎo)致一系列副作用，如吞咽困難、齲齒、味覺受損和胃腸道疾病，影響預(yù)后和患者生活質(zhì)量。在動物的飲用水或飲食中添加硝酸鹽可以通過減少細(xì)胞焦亡、降低活性氧水平和激活表皮生長因子受體（EGFR）-絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）信號通路來減少輻射誘導(dǎo)的唾液腺細(xì)胞損傷。但是無機(jī)硝酸鹽作為治療劑的應(yīng)用受到其低生物穩(wěn)定性和生物利用度的限制。為了解決這些問題，提供長循環(huán)和穩(wěn)定性的納米制劑策略對于使用硝酸鹽的潛在治療至關(guān)重要。

文章思路

樣本策略

• 對照組，不接受治療或照射

• 單純放療組，僅接受放療

• Nanonitrator組

• 硝酸鹽組

• 硝酸鹽+VC組

結(jié)果速遞

1：人工智能篩選模型，以確定適合與硝酸鹽聯(lián)合使用的藥物

在藥物設(shè)計(jì)的背景下，結(jié)合人工智能，包括大型生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)集、蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)和藥物組合設(shè)計(jì)，團(tuán)隊(duì)成功開發(fā)出一種基于群體學(xué)習(xí)技術(shù)的聯(lián)合用藥預(yù)測系統(tǒng)（SLCDPS）。通過深度學(xué)習(xí)模型的訓(xùn)練，預(yù)測出VC與硝酸鹽配伍是優(yōu)選的藥物組合。之后，選硝酸鹽與VC的最佳配比，并采用微囊化技術(shù)來優(yōu)化緩釋制劑工藝，制備了基于硝酸鹽與VC的新藥：Nanonitrator。

團(tuán)隊(duì)對Nanonitrator進(jìn)行表征，分別進(jìn)行了電鏡、粒徑等分析（圖2（上））；并對藥代動力學(xué)進(jìn)行了體內(nèi)緩釋效果研究（圖2（下）），結(jié)果表明口服Nanonitrator體內(nèi)導(dǎo)致全身分布和更高的NOx組織水平比硝酸鹽+VC或僅硝酸鹽，表明其能夠作為硝酸鹽的潛力治療藥物。

圖2：Nanonitrator表征及緩釋效果

2：構(gòu)建動物模型，檢測藥物療效

為了確保在體內(nèi)的吸收及其向唾液腺的傳輸，測量了下頜下腺組織樣本中的NOx濃度。納米硝酸鹽組的平均NOx濃度顯著高于硝酸鹽+VC組和僅硝酸鹽組（圖3b）。結(jié)果顯示對照組的相對唾液流速（%）在所有組中都有所下降，相反在所有硝酸鹽處理組中，唾液流速都得到了恢復(fù)，其中納米硝酸鹽組表現(xiàn)出最大的改善，其次是硝酸鹽+VC組和僅硝酸鹽組。在照射后8周，納米硝酸鹽組和僅照射組的唾液流速在統(tǒng)計(jì)學(xué)上有所不同（圖4c）?？偟膩碚f，僅輻射組的體重和水分?jǐn)z入量顯著低于硝酸鹽處理組；照射8周后，僅照射組的兩個(gè)下頜下腺的重量顯著低于納米硝酸鹽組。組織學(xué)評估顯示，三個(gè)硝酸鹽治療組的下頜下腺腺泡空泡區(qū)明顯少于僅放療組；納米硝酸鹽組的腺泡空泡區(qū)數(shù)量也顯著低于僅硝酸鹽組和硝酸鹽+VC組（圖3d，e）。

3：轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)探索Nanonitrator調(diào)節(jié)唾液腺細(xì)胞存活的分子機(jī)制

文章發(fā)現(xiàn)Nanonitrator在照射8周后比僅硝酸鹽或硝酸鹽+VC能夠更好地維持下頜下腺組織功能和形態(tài)。為了探索Nanonitrator調(diào)節(jié)唾液腺細(xì)胞存活的分子機(jī)制，建立了下頜下腺損傷模型，使用RNA-seq分析了輻射損傷后細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組范圍的變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)Nanonitrator可以激活PI3K-Akt信號通路，抑制細(xì)胞死亡，促進(jìn)輻射后存活。為了進(jìn)一步證實(shí)納米基體的潛在作用，RNA-seq分析發(fā)現(xiàn)了544個(gè)差異基因（270個(gè)上調(diào)，274個(gè)下調(diào)），PI3K-Akt信號通路在前25個(gè)KEGG通路中顯著上調(diào)（圖4d）。

為了確認(rèn)RNA-seq數(shù)據(jù)，選擇了PI3K-Akt信號通路的核心蛋白，并使用western blot分析驗(yàn)證了測序結(jié)果；也檢測了PI3KAkt信號通路下游事件中細(xì)胞的鈣含量，結(jié)果顯示納米器可以更好地保護(hù)細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)（圖4h，i）。

總結(jié)

本研究的重點(diǎn)之一是設(shè)計(jì)一個(gè)群體學(xué)習(xí)系統(tǒng)，用于靶標(biāo)發(fā)現(xiàn)和藥物療效研究，以及制備微封裝的無機(jī)硝酸鹽。作者利用微封裝技術(shù)制備一種安全的硝酸鹽納米顆粒（Nanonitrator），以更好地預(yù)防輻射誘導(dǎo)的唾液腺功能障礙。Nanonitrator通過PI3K-Akt信號通路比單獨(dú)硝酸鹽或硝酸鹽+ VC具有更大的保護(hù)作用。