线粒体富集纳米囊泡：靶向DNA修复与线粒体质量控制协同治疗放射性皮肤损伤的新策略

本研究针对放射性皮肤损伤（RSI）临床缺乏有效治疗手段的难题，开发了人脐带间充质干细胞来源的线粒体富集纳米囊泡（ME-NVs）。通过体外和体内实验证实，ME-NVs能够高效递送功能性线粒体组分至辐射损伤组织，恢复线粒体超微结构和代谢功能，降低活性氧（ROS）水平，并通过上调POLD3、RFC1、ERCC6等DNA修复蛋白和激活PINK1-Parkin线粒体自噬通路促进DNA损伤修复。该研究为RSI治疗提供了无细胞、基于线粒体的纳米治疗新策略，具有重要的临床转化价值。

　　

当癌症患者接受放射治疗时，高达95%的人会出现令人困扰的副作用——放射性皮肤损伤（Radiation-induced skin injury, RSI）。这种损伤不仅表现为初期的红斑、脱屑等急性放射性皮炎，更可能进展为毛细血管扩张、纤维化等不可逆的晚期后遗症。目前临床上主要采用现代敷料和局部皮质类固醇等对症治疗手段，但效果有限且伴有多种不良反应。

问题的核心在于电离辐射会直接攻击细胞中的"能量工厂"——线粒体。辐射不仅破坏线粒体膜完整性，引发活性氧（ROS）过度积累，还导致DNA损伤、能量代谢紊乱和细胞凋亡。虽然干细胞疗法在修复辐射损伤方面展现出潜力，但存在细胞安全性和传代限制等临床转化挑战。有趣的是，研究表明干细胞的有益效应主要通过旁分泌机制，特别是通过细胞外囊泡（EVs）来实现。然而，天然EVs存在产量低、异质性大、生物发生不可控等局限性。

为了解决这些难题，大连医科大学附属第一医院干细胞临床研究中心的研究团队开发了一种创新策略——线粒体富集纳米囊泡（mitochondria-enriched nanovesicles, ME-NVs）。这项突破性研究发表在《Materials Today Bio》上，为RSI治疗带来了新希望。

研究人员采用机械挤出法从人脐带间充质干细胞（hUMSCs）制备纳米囊泡，通过纳米粒子跟踪分析（NTA）、透射电镜（TEM）和Western blot等技术对NVs进行表征。使用X射线辐照装置建立体内外RSI模型，通过细胞活力检测（CCK-8）、流式细胞术、免疫荧光、Western blot等技术评估NVs的治疗效果。采用数据非依赖采集（DIA）蛋白质组学技术分析蛋白质表达变化，使用超分辨率显微镜观察线粒体形态，并通过透射电镜观察线粒体超微结构。

3.1. 线粒体蛋白富集的hUMSC-NVs的制备、表征和分析

研究人员通过分级聚碳酸酯膜连续挤压hUMSCs制备NVs，获得的囊泡平均直径为183.0±7.1nm，zeta电位为-31.93±0.58mV，且表达标准的小细胞外囊泡标志物。蛋白质组学分析显示NVs中含有638种线粒体来源蛋白，占MitoCarta 3.0数据库线粒体蛋白质组的56.31%。GO分析表明这些蛋白质显著富集于线粒体电子传递、ATP合成耦合电子传递等生物学过程。

3.2. NV治疗有效减轻X射线诱导的大鼠急性放射性皮肤损伤

建立大鼠RSI模型，结果显示NV治疗组伤口愈合明显改善，皮肤损伤评分显著降低。组织学分析显示NV治疗组皮肤完整性更好，表皮厚度减少，毛囊数量增加。Masson三色染色表明NV治疗组胶原排列更有序。免疫荧光显示NV治疗恢复了CD31和α-SMA表达，表明血管形成能力改善。

3.3. NV治疗挽救线粒体功能并减轻放射性皮肤损伤中的DNA损伤

TUNEL染色显示NV治疗显著减少凋亡细胞。γ-H2AX免疫荧光表明NV处理改善了DNA修复能力。Western blot分析显示NV处理降低了P53和P21表达水平。透射电镜观察发现NV治疗部分恢复了正常的线粒体形态，减少了线粒体自噬。

3.4. X射线照射对皮肤细胞存活和线粒体功能的剂量依赖性影响

研究发现HaCaT细胞和HSF细胞在X射线照射后存活率呈剂量依赖性下降。辐照后细胞内ROS水平显著增加，线粒体膜电位（ΔΨm）降低。共定位分析显示辐照后线粒体-溶酶体共定位增加，表明线粒体自噬增强。

3.5. NVs减轻HaCaT和HSF细胞的放射性皮肤损伤

激光共聚焦定量图像细胞术证实PKH26标记的NVs能被正常人类皮肤细胞快速摄取。NV处理有效恢复了细胞活力，促进皮肤细胞迁移，显著降低细胞内ROS水平，抑制辐射诱导的细胞凋亡。

3.6. NV抑制辐射诱导的线粒体自噬并恢复线粒体稳态

共聚焦成像显示X射线照射后HaCaT和HSF细胞中线粒体-溶酶体共定位增加，NV处理减少了这种共定位。NV处理显著恢复了ΔΨm水平。超分辨率显微镜观察和定量分析表明NV处理恢复了线粒体网络完整性。Western blot分析显示辐射显著上调了PINK1和Parkin蛋白表达，而NV处理显著抑制了这两种蛋白的表达。

3.7. 基于DIA的蛋白质组学分析NV促进DNA修复和调节线粒体功能

DIA蛋白质组学分析发现237个蛋白质在两组比较中均差异表达。其中71个蛋白质被辐射上调但被NVs抑制，166个蛋白质被辐射下调但被NV处理恢复。这些蛋白质主要参与DNA修复、凋亡调节和自噬抑制，特别是在p53介导的凋亡信号传导和巨自噬抑制方面。

本研究成功开发了具有高生物相容性和靶向递送能力的线粒体富集纳米囊泡（ME-NVs）。通过不同辐射剂量的细胞和动物模型，证明了与ARD早期进展相关的线粒体形态和功能变化。多功能NVs通过减少炎症、促进胶原沉积、挽救血管生成和再生毛囊来有效治疗放射性皮肤损伤，同时减轻线粒体功能障碍、增强DNA修复和抑制凋亡。体外实验中，NVs通过减少凋亡、促进DNA修复和调节PINK1/Parkin介导的线粒体自噬来防止辐射诱导的皮肤损伤。NVs还通过平衡线粒体分裂和融合动力学来恢复线粒体稳态。基于DIA的蛋白质组学分析支持NVs通过全面调节线粒体完整性和功能来减轻辐射诱导的细胞损伤的治疗潜力。

这项研究的重要意义在于首次提出了利用线粒体富集纳米囊泡同时靶向DNA修复和线粒体质量控制的治疗策略，不仅为RSI治疗提供了新方法，也为其他辐射诱导疾病的治疗开辟了新途径。ME-NVs的无细胞特性、高产量和良好生物相容性使其具有显著的临床转化优势，代表了下一代纳米囊泡治疗剂在辐射医学领域的发展方向。