靶向JAK2的多功能纳米抑制剂实现长效抗炎与骨修复

本研究针对JAK2/STAT3通路失调导致的炎症与骨破坏问题，开发了一种亲水性钙掺杂碳点（Ca-CDs）纳米抑制剂。通过计算机辅助药物设计，Ca-CDs可高效结合JAK2蛋白，抑制STAT3磷酸化，降低促炎因子（如IL-1β、TNF-α）分泌，并促进炎症条件下的骨再生。此外，Ca-CDs作为交联点形成藻酸盐水凝胶，实现药物缓释与局部滞留。在牙周炎模型中验证了其抗炎与成骨双重功效，为JAK2相关炎症疾病提供了创新治疗策略。

　　

免疫平衡与组织稳态的维持依赖于细胞因子信号的高效传导，而JAK/STAT通路尤其是JAK2/STAT3轴在其中扮演核心角色。该通路的过度激活与多种炎症性疾病（如类风湿关节炎、牙周炎、炎症性肠病）密切相关，不仅导致持续性炎症反应，还会引发进行性骨破坏。然而，现有JAK2抑制剂多为疏水性小分子，存在水溶性差、靶部位浓度低、缺乏骨修复功能等问题，难以实现长效治疗。因此，开发兼具抗炎与成骨功能的新型抑制剂成为迫切需求。

针对这一挑战，Liu等人发表在《Journal of Nanobiotechnology》的研究通过计算机辅助药物设计，合成了一种钙掺杂碳点（Ca-CDs）纳米抑制剂。研究团队采用空间限制真空加热法，以乙酰水杨酸、二甲双胍和氯化钙为前体，构建了具有富氮杂环结构的Ca-CDs，并系统评价了其生物学功能与机制。

研究主要关键技术包括：

1. 1.
   基于药效团模型与片段药物设计的计算机辅助筛选；
2. 2.
   分子动力学模拟与表面等离子共振（SPR）分析Ca-CDs与JAK2结合特性；
3. 3.
   体外细胞模型（RAW264.7巨噬细胞与大鼠骨髓基质细胞rBMSCs）评估抗炎与成骨效应；
4. 4.
   藻酸盐 hydrogel 微球构建与缓释性能测试；
5. 5.
   大鼠牙周炎模型体内验证治疗功效。

计算机辅助药物设计、合成与表征 of Ca-CDs

通过HipHop算法构建JAK2抑制剂的药效团模型，发现氮/氧芳香环是关键结合片段。据此设计并合成了Ca-CDs，其具备均匀粒径（约3.5 nm）、石墨烯样晶格结构及丰富的酰胺键与杂环官能团。钙元素掺杂（原子比9.1%）通过火焰试验与EDS分析确认，为后续成骨功能奠定基础。

Ca-CDs的生物相容性与抗炎作用

CCK-8与凋亡实验表明Ca-CDs在0–300 μg/mL浓度范围内具有良好的生物相容性。在LPS诱导的RAW264.7炎症模型中，Ca-CDs显著降低Nos2、Il1b、Tnfα的mRNA与蛋白表达（iNOS、IL-1β、TNF-α），效果优于原料混合物（ASA+MET），且与临床JAK2抑制剂Fedratinib相当。

Ca-CDs通过抑制JAK2/STAT3通路发挥抗炎效应

RNA测序与富集分析显示Ca-CDs主要下调炎症相关细胞因子与JAK/STAT通路基因。Western blot验证Ca-CDs抑制STAT3磷酸化，且该效应可被STAT3激活剂Colivelin逆转。使用JAK2激活剂Coumermycin A1进一步证实Ca-CDs通过阻断JAK2磷酸化抑制下游信号。分子动力学模拟与SPR分析表明Ca-CDs与JAK2稳定结合，解离常数（K_D）为64.2 μM。

Ca-CDs促进炎症条件下的成骨分化

在LPS刺激的rBMSCs中，Ca-CDs剂量依赖性增强ALP活性、钙结节形成（ARS染色）及成骨基因（Runx2、Sp7、Ocn）表达。免疫荧光显示OCN蛋白表达显著上调。对比实验表明，无钙掺杂的CDs无成骨活性，而Ca-CDs的成骨效果优于等效钙浓度的CaCl₂，因其纳米结构增强胞内Ca²⁺摄取（Rhod-2 AM检测验证）。

构建Ca-CDs自触发水凝胶递送系统

利用Ca-CDs与藻酸盐的羧基交联，形成可注射、可塑形的Ca-CDs@ALG水凝胶。微球系统（粒径≈5.7 μm）可实现7天内75.1%的Ca-CDs缓释与73.5%降解率，适合局部长期滞留。

Ca-CDs及其水凝胶系统的治疗功效

在大鼠牙周炎模型中，Micro-CT与组织学分析表明Ca-CDs@ALG微球组显著减少牙槽骨丧失（CEJ-ABC距离降低68.9%），提升骨体积分数（BV/TV）、骨小梁数量（Tb.N）与厚度（Tb.Th），并降低炎症细胞浸润与IL-1β表达。Goldner染色与OCN免疫荧光证实骨再生增强。重要器官H&E染色显示良好生物安全性。

结论与意义

该研究成功开发了一种靶向JAK2的多功能纳米抑制剂Ca-CDs，通过抑制JAK2/STAT3通路阻断炎症正向反馈环路，并借助钙掺杂促进骨再生。其自组装水凝胶系统实现药物缓释与局部滞留，在牙周炎模型中验证了抗炎-成骨协同疗效。这一策略为JAK2相关炎症疾病（如类风湿关节炎、炎症性肠病）提供了兼具理论创新与临床转化潜力的治疗平台。