糖尿病周圍神經病變

        糖尿病周圍神經病變是一種常見的糖尿病並發症，它對感覺神經、運動神經元和自主神經係統等周圍神經都有損害作用。糖尿病周圍神經病變患者通常出現雙上肢和雙下肢對稱性麻木、疼痛、針刺樣感覺、蟻走感、灼熱感，通常被形象地描述為"手套襪套樣型感覺障礙"。更嚴重的是，糖尿病周圍神經病變是導致難治性潰瘍和截肢的主要原因之一。為患者和社會帶來了巨大負擔，但除控製血糖外，目前還沒有被FDA批準用於治療這種疾病的藥物。因此，迫切需要研發出有效的藥物治療糖尿病周圍神經病變。【1】

        線粒體功能障礙與糖尿病周圍神經病變

        高糖狀態引起細胞中線粒體損傷，以氧化應激損傷以及能量生成障礙為主要表現。高糖導致線粒體電子傳遞鏈中電子泄露，當合並膜電位降低時，導致過多ROS 生成，當ROS超過線粒體本身的清除能力時，將破壞線粒體DNA,導致呼吸複合物I 和III上電子反向流動，使ROS進一步生成增加，引起能量代謝以及ATP合成障礙。神經細胞因其高耗能特性，線粒體損傷對其影響更大。【2】

        近期，四川大學林雲鋒教授等人將四麵體框架核酸(tFNAs)搭載白藜蘆醇(RSV)，作為線粒體的“納米衛士”，用於治療糖尿病周圍神經病變。該研究發現，四麵體框架核酸搭載白藜蘆醇(tFNAs-RSV)對糖尿病周圍神經病變小鼠的感覺障礙、神經血管病變、脫髓鞘和神經細胞凋亡也有良好的治療作用。代謝組學分析表明，氧化還原調節和能量代謝是其發揮作用的主要機製。體內及體外檢測表明，四麵體框架核酸搭載白藜蘆醇能抑製亞硝化應激和氧化應激，保護還原酶和線粒體呼吸作用。相關工作以“A Mitochondrial Nanoguard Modulates Redox Homeostasis and Bioenergy Metabolism in Diabetic Peripheral Neuropathy”為題發表在ACS Nano上。

        【文章要點】

        白藜蘆醇(RSV)是一種存在於葡萄、花生、虎杖等植物中的天然多酚。RSV在許多糖尿病並發症中具有有益的作用。作為一種天然抗氧化劑，RSV通過清除自由基的產生，減少脂質過氧化，以及調節抗氧化劑相關酶的活性，降低ROS對線粒體的損害。【3】且RSV被報道激活AMPK/SIRT1途徑，增加線粒體數量，穩定線粒體功能，並導致軸突生長。然而，RSV水溶解性較差，穩定性和生物利用度不佳，嚴重限製了其臨床應用。【4】tFNAs具有較強的細胞穿透能力，穩定的結構，豐富的載藥位點。【5】因此，將tFNAs用於搭載RSV，有希望提高RSV的生物利用度。圖1是材料的合成及表征。通過聚丙烯酰胺凝膠電泳及毛細電泳驗證了tFNAs-RSV的成功合成，表征得知，tFNAs-RSV是一種帶負電荷的、納米級的親水材料，在tFNAs-RSV中，可實現RSV的藥物緩釋。

        將liposome-RSV作為陽性對照，檢測tFNAs-RSV的生物利用度。在入胞能力方麵，如圖2中免疫熒光及流式細胞術結果所示，相較於RSV，tFNAs-RSV展示出更高的胞內熒光強度，被tFNAs-RSV標記的細胞與liposome-RSV相當。同時，根據圖3的結果所知，tFNAs-RSV在體內清除更慢，在體內多器官中停留的時間更長，與liposome-RSV相當。體外與體內的結果說明，tFNAs-RSV顯著提高了RSV的生物利用度。

        應用高糖刺激SH-SY5Y細胞，構建體外疾病模型。tFNA-RSV可明顯降低高糖損傷的SH-SY5Y中ROS的產生，與α-硫辛酸相比，tFNA-RSV抗氧化能力更強。tFNA-RSV上調了還原酶的表達，以維持氧化還原動態平衡。另外，本研究發現，tFNAs-RSV保護了線粒體的呼吸作用，主要表現為增加基礎呼吸耗氧，最大呼吸耗氧、以及ATP合成相關的耗氧。tFNA-RSV也增加了SH-SY5Y的ATP合成量。從體外結果看。tFNAs-RSV降低了高糖對細胞的損傷，保護其呼吸功能。在體內的應用需要進一步驗證。

        將tFNAs-RSV用於糖尿病周圍神經病變的小鼠，給藥方式為尾靜脈注射，發現其對病變有明顯的改善作用。tFNAs-RSV恢複了足部神經小纖維的機械和溫度感覺功能。在tFNAs-RSV的作用下，神經血管和小纖維的再生也得到有效促進。在坐骨神經中，軸突病理改變得到緩解，脫髓鞘被抑製。另外，tFNAs-RSV也成功保護了坐骨神經存活，促進神經結構蛋白MBP、β-tubulin的表達。(圖5)因此，tFNAs-RSV用體內時，展現出對受損神經的治療作用，緩解了病變的發展。

        隨後對這種緩解效果背後的複雜機製進行了探討。血清代謝組學結果顯示， tFNAs-RSV糾正了異常代謝途徑，特別是與TCA循環和氧化還原平衡相關的代謝途徑，這些途徑與線粒體呼吸功能和氧化還原平衡密切相關。

        圖6.tFNAs-RSV糾正糖尿病周圍神經病變中與TCA循環和氧化還原平衡相關的代謝異常

        在組織學層麵進行了進一步的機製探究及驗證，結果發現，tFNAs-RSV抑製了亞硝化應激產物Nitrotyrosine以及氧化應激產物8-OHDG的產生，促進還原酶SOD、GSH、CAT的表達。另外，tFNAs-RSV也促進了呼吸鏈蛋白COX-IV的表達，保護了組織中完整的線粒體。因此，組織學證據表明，tFNAs-RSV保護了線粒體呼吸功能和氧化還原平衡。

        【文章總結】

        本研究合成了tFNAs-RSV，該複合物不僅具有穩定的構象，而且具有良好的生物利用度和生物相容性，實現了緩慢的體內清除速度和RSV的緩釋。它成功地恢複了糖尿病周圍神經病變小鼠的感覺功能，減輕了病理變化，並糾正了異常代謝。其潛在的機製是tFNAs-RSV作為線粒體的納米衛士，調節了氧化還原動態平衡和生物能量代謝。

        【參考文獻】

        【1】Vileikyte, L.; Leventhal, H.; Gonzalez, J. S.; Peyrot, M.; Rubin, R. R.; Ulbrecht, J. S.; Garrow, A.; Waterman, C.; Cavanagh, P. R.; Boulton, A. J. M. Diabetic peripheral neuropathy and depressive symptoms: the association revisited. Diabetes Care 2005, 28 (10), 2378-2383

        【2】R. Stavniichuk, H. Shevalye, S. Lupachyk, A. Obrosov, J. T. Groves, I. G. Obrosova, M. A. Yorek, Diabetes Metab Res Rev 2014, 30, 669.

        【3】Huang, D.-D.; Shi, G.; Jiang, Y.; Yao, C.; Zhu, C. A review on the potential of Resveratrol in prevention and therapy of diabetes and diabetic complications. Biomed Pharmacother 2020, 125, 109767.

        【4】Santos, A. C.; Veiga, F.; Ribeiro, A. J. New delivery systems to improve the bioavailability of resveratrol. Expert Opin Drug Deliv 2011, 8 (8), 973-990.

        【5】Zhang, T.; Ma, H.; Zhang, X.; Shi, S.; Lin, Y. Functionalized DNA nanomaterials targeting toll-like receptor 4 prevent bisphosphonate-related osteonecrosis of the jaw via regulating mitochondrial homeostasis in macrophages. Adv Funct Mater 2023, 33 (15), 2213401.