基于线粒体稳态调控的肌源性纳米佐剂MACL@UA改善骨科相关肌少症：巨噬细胞-肌卫星细胞代谢对话新策略

针对骨科手术患者因肌少症（sarcopenia）导致的植入物脱位、感染等并发症，中国科学技术大学团队开发了负载尿石素A（UA）的MgAlCo-LDH纳米佐剂MACL@UA。该材料通过调控AMPK-Sirt1-PGC1α和BCL-xl-Bim通路改善线粒体功能，促进巨噬细胞M2极化及谷氨酰胺（Gln）分泌，显著增强肌卫星细胞增殖与血管生成。动物实验证实其可长期改善全身性肌少症并降低骨科围术期风险，为临床转化提供新方案。

　　

论文解读

背景与挑战
随着年龄增长，骨骼肌质量和力量逐渐流失的肌少症（sarcopenia）已成为老年健康的重要威胁。这类患者在接受骨科手术时，常因肌肉组织覆盖不足面临植入物脱位、感染等高风险并发症，临床亟需能同时改善全身肌少症并降低围术期风险的干预策略。线粒体功能障碍是肌少症的核心病理机制之一，而巨噬细胞与肌卫星细胞（MuSCs）的代谢对话（metabolic crosstalk）在肌肉再生中扮演关键角色。然而，如何精准调控这一过程仍是未解难题。

研究设计与方法
中国科学技术大学附属第一医院团队通过共沉淀法合成镁铝钴层状双氢氧化物（MgAlCo-LDH），并负载尿石素A（UA）构建纳米佐剂MACL@UA。研究结合体外细胞实验（C2C12成肌细胞、HUVEC血管内皮细胞、巨噬细胞共培养）和体内大鼠肌少症模型，采用RNA测序（RNA-seq）、透射电镜（TEM）、氧消耗率（OCR）分析等技术，系统评估材料对线粒体功能、血管生成及免疫代谢的调控作用。

研究结果

1. 材料表征与安全性
MACL@UA呈多边形片层结构（600-1000 nm），可稳定释放Mg²⁺、Co²⁺和UA。体外实验显示200 μg/mL浓度下无显著细胞毒性，且不诱发内质网应激（ER stress）。

2. 促进肌生成与血管再生
• 基因调控：MACL@UA上调肌生成标志物（MyoG、Myf5）和增殖相关基因（Cyclin D1），并通过Co²⁺稳定Hif-1α促进血管形成。
• 功能验证：划痕实验显示肌细胞迁移能力提升2.1倍，血管生成实验显示分支节点数增加68%。

3. 线粒体稳态调控机制
RNA-seq揭示MACL@UA激活AMPK-Sirt1-PGC1α轴和BCL-xl-Bim通路：
• 能量代谢：ATP合成提升3.5倍，呼吸链复合体活性恢复至正常水平。
• 结构修复：TEM显示线粒体嵴结构完整性改善，JC-1染色证实膜电位（MMP）恢复。

4. 免疫代谢重编程
• 巨噬细胞极化：Al³⁺增强M2型标志物（Arg-1、IL-10）表达，促进谷氨酰胺合成酶（GLUL）分泌。
• 代谢互作：巨噬细胞来源的Gln使MuSCs增殖率提高40%，EDU染色验证此效应可被抑制剂JHU阻断。

5. 动物模型验证
• 全身性肌少症：14天治疗使大鼠握力从290g升至350g，肌纤维横截面积增加55%。
• 围术期应用：术前静脉注射联合术后局部注射方案使手术部位肌质量提升37%，CD31⁺血管密度达对照组1.8倍。

结论与展望
该研究创新性地将LDH材料学优势与UA的线粒体调控特性结合，首次提出“肌源性纳米佐剂”概念。其双重作用模式——通过Mg²⁺/Co²⁺直接促进肌再生，以及Al³⁺介导的免疫代谢调控——为肌少症治疗提供了多靶点解决方案。发表于《Journal of Nanobiotechnology》的这项成果，不仅为骨科围术期管理开辟新路径，更为老年性肌萎缩的长期干预策略奠定基础。未来需进一步优化UA负载率并探索临床给药方案。