自释氢纳米酶通过逆转线粒体功能障碍和氧化应激治疗骨关节炎的创新研究

本刊推荐：为解决骨关节炎(OA)治疗中氧化应激和线粒体功能障碍的难题，研究人员开发了新型自释氢纳米酶Se-HMPB@AB@COS。该研究通过普鲁士蓝载体负载氨硼烷(AB)和壳聚糖(COS)，实现了酸性环境下持续释放H2，显著增强SOD样活性。实验证实该纳米酶可特异性清除·OH，促进线粒体自噬(mitophagy)，延缓软骨细胞衰老，并有效促进胶原II(COL2A1)合成。这项研究为OA治疗提供了新型纳米酶疗法策略。

　　

随着全球老龄化进程加速，骨关节炎（Osteoarthritis, OA）已成为困扰2.5亿人的重大健康问题。这种慢性退行性关节疾病如同一个沉默的"关节杀手"，逐步侵蚀着患者的软骨、滑膜乃至整个关节结构。目前临床治疗手段仅限于缓解症状，无法从根本上阻止疾病进展。在OA的病理机制中，线粒体功能障碍与氧化应激形成的恶性循环尤为关键——活性氧（Reactive Oxygen Species, ROS）的过度堆积不仅加剧炎症反应，更会触发软骨细胞衰老和细胞外基质降解。

面对这一挑战，传统氢疗法虽能通过选择性中和羟基自由基发挥抗氧化作用，但氢气难溶于水、易扩散的特性严重制约其临床应用。为此，上海浦东医院与同济大学联合团队在《Journal of Nanobiotechnology》发表创新研究，成功开发出具有自释氢功能的纳米酶系统，为OA治疗开辟了新途径。

研究人员采用三步法构建多功能纳米酶：首先通过模板法合成中空介孔普鲁士蓝（Hollow Mesoporous Prussian Blue, HMPB）载体，随后在其表面沉积零价硒（Se⁰）增强抗氧化活性，再负载氨硼烷（Ammonia Borane, AB）作为氢源，最终用硫酸软骨素（Chondroitin Sulfate, COS）进行表面修饰。该Se-HMPB@AB@COS纳米酶在OA酸性微环境中可持续释放氢气，并能特异性靶向线粒体清除ROS。

在细胞实验中，研究人员通过H₂O₂诱导建立氧化应激模型。结果显示，20μg/mL的纳米酶处理使软骨细胞存活率从54.3%提升至82.9%，早期凋亡率由31.3%降至7.05%。特别值得注意的是，纳米酶显著逆转了线粒体膜电位（Mitochondrial Membrane Potential, ΔΨm）的下降，将JC-1单体比例从51%降至18.1%，同时ATP产量恢复至接近正常水平。

机制研究表明，该纳米酶能有效激活PINK1-Parkin-LC3介导的线粒体自噬通路。通过mTagRFP-mWasabi-LC3双荧光系统观测发现，纳米酶处理使自噬流标志物显著增加，表明其能促进受损线粒体的清除。此外，SA-β-Gal衰老染色和P53蛋白表达检测证实，氢疗法可将衰老细胞比例降低约60%，显著延缓软骨细胞衰老进程。

在动物实验中，研究人员通过前交叉韧带横断（Anterior Cruciate Ligament Transection, ACLT）建立OA模型。Micro-CT三维重建显示，纳米酶治疗组骨赘体积分数（Bone Volume/Total Volume, BV/TV）从32.1%改善至48.7%，接近正常组62.9%的水平。组织学OARSI评分表明，Se-HMPB@AB@COS组评分下降达59.7%，显著优于其他治疗组。免疫荧光结果进一步证实，纳米酶能有效抑制MMP13表达，促进COL2A1合成，并降低炎症因子IL-1β和TNF-α水平。

这项研究的突破性在于首次将纳米酶技术与氢疗法相结合，构建了具有多重保护功能的"智能"给药系统。纳米酶不仅解决了氢气输送难题，更通过硒元素和普鲁士蓝的协同作用增强了抗氧化效能。特别值得一提的是，硫酸软骨素包被既提高了生物相容性，又赋予其促进基质合成的双重功能。

该研究为OA治疗提供了新思路：通过靶向线粒体功能障碍这一核心环节，打破氧化应激-炎症-基质降解的恶性循环。未来或可基于此技术平台开发更多针对代谢性关节疾病的纳米疗法，为亿万OA患者带来新希望。