植物蛋白自组装纳米平台负载α-酮戊二酸用于骨关节炎治疗的创新研究

《Journal of Controlled Release》：Engineered self-assembly of plant proteins into α-ketoglutarate-loaded nanoplatforms for osteoarthritis treatment

本研究开发了一种基于豇豆 chlorotic mottle virus (CCMV) 衣壳蛋白的自组装纳米平台，通过精确调控离子强度和pH实现结构可控，显著增强α-ketoglutarate (aKG) 在骨关节炎(OA)关节腔内的滞留能力和软骨渗透性，为治疗软骨退化及衰老相关关节疾病提供了新型靶向策略。

　　

Highlight

通过pH和离子强度调控的自组装过程，衣壳蛋白(CP)可形成三种不同结构：单层壳体、多层组装体和管状结构。为优化骨关节炎治疗应用，我们预测在pH 5.0条件下，0.02 M柠檬酸钠缓冲液形成多层结构，0.3 M则形成单层结构（图1A）。

可控自组装成不同结构

衣壳蛋白作为构建单元，能够以pH依赖的方式组装成三种截然不同的结构：单层壳体、多层组装体和管状结构。根据骨关节炎治疗的应用需求，我们预测了两种重组条件（pH 5.0条件下使用0.02 M或0.3 M柠檬酸钠缓冲液），分别产生结构迥异的多层和单层构型（图1A）。

遵循既定纯化方案，我们通过受控自组装过程将aKG负载到CP中。透射电子显微镜(TEM)图像显示，在0.02 M柠檬酸钠缓冲液中重组形成直径约35 nm的多层纳米颗粒(M-CPaKG)，而在0.3 M缓冲液中则形成直径约28 nm的单层纳米颗粒(S-CPaKG)。动态光散射(DLS)分析证实M-CPaKG的流体动力学直径（51.6 nm）大于S-CPaKG（38.2 nm），与TEM结果一致（图1B）。两种纳米颗粒均呈现窄尺寸分布（多分散指数PDI<0.2），且Zeta电位约为-20 mV（图1C）。通过超滤离心法测定封装效率，显示aKG在M-CPaKG和S-CPaKG中的负载率分别为10.3%和8.7%。

讨论

基于纳米颗粒的递送系统通过保护治疗剂免受滑膜清除和酶降解，显著增强关节内药物滞留能力。纳米载体的尺寸和形状对其在关节腔内的滞留具有决定性影响。研究表明，尺寸超过250 nm的纳米载体以尺寸依赖的方式表现出优异的滑膜滞留能力。这些发现强调了纳米颗粒尺寸在优化药物递送和治疗效果中的关键作用。

结论

本研究揭示了自组装蛋白纳米载体(CPaKG)作为骨关节炎治疗药物递送系统的巨大潜力，特别强调了其在关节腔内增强的滞留能力。在阿霉素(DOX)诱导的ATDC5软骨细胞衰老模型中，M-CPaKG治疗显著降低了衰老标志物p16^INK4a、p21和p53的表达，同时缓解了衰老相关分泌表型(SASP)，并增强了细胞外基质(ECM)合成标志物Acan、Col2a1和Sox9的表达。