靶向MUC1的衣康酸功能化四面体DNA纳米结构通过双重抗氧化与抗炎作用打破干眼病恶性循环

《Journal of Nanobiotechnology》：Itaconate-functionalized tetrahedral framework nucleic acids break the dry eye vicious cycle through dual antioxidant and anti-inflammatory actions

本研究针对干眼病(DED)中氧化应激与炎症相互强化的治疗难题，开发了一种新型MUC1靶向纳米递送系统tFNA-IM。通过将衣康酸(ITA)与ROS清除型四面体框架核酸(tFNA)结合，该平台实现了角膜组织的深层渗透和高效细胞摄取。研究证实tFNA-IM能同步激活NRF2/HO-1抗氧化通路并抑制NF-κB炎症信号，显著改善角膜上皮完整性并促进杯状细胞再生。该策略为打破DED的ROS-炎症恶性循环提供了精准纳米治疗新范式。

　　

干眼病已成为影响全球数亿人生活质量的常见眼表疾病，其典型特征是泪膜不稳定、高渗状态和慢性炎症反应。更棘手的是，疾病进程中存在一个自我强化的恶性循环：活性氧(ROS)过度产生会触发炎症级联反应，而炎症又进一步加剧氧化应激，导致角膜上皮细胞凋亡和眼表损伤持续恶化。当前临床主要采用环孢素A、皮质类固醇等抗炎药物，但这些方案仅针对下游炎症通路，对上游氧化应激调控不足，且存在起效延迟、眼部刺激等局限性。

面对这一挑战，复旦大学附属眼耳鼻喉科医院洪佳旭团队与上海交通大学张川团队合作，在《Journal of Nanobiotechnology》发表创新性研究，开发了一种名为tFNA-IM的智能纳米平台。该平台巧妙整合了具有双重抗氧化/抗炎活性的衣康酸(ITA)与ROS清除能力优异的四面体框架核酸(tFNA)，并通过MUC1适配体实现精准靶向递送，为打破干眼病的恶性循环提供了新策略。

研究团队通过磷酸硫酯化学修饰将ITA共价连接至DNA骨架，再与MUC1靶向适配体自组装形成均匀的纳米结构。表征结果显示tFNA-IM具有33.27nm的适宜尺寸和-24.4mV的zeta电位，原子力显微镜和透射电镜证实其保持完整四面体构型。更重要的是，该制剂具有酯酶响应性释放特性，能在细胞内高效释放活性ITA，且在人角膜上皮细胞(HCECs)中显示出MUC1介导的增强内吞作用。

在细胞层面，tFNA-IM展现出卓越的细胞保护功效。在高渗应激条件下，它能将细胞存活率从70%提升至85%，显著抑制线粒体膜电位损耗和ROS积累。机制研究表明，tFNA-IM同时调控多条信号通路：一方面激活NRF2/HO-1轴，上调超氧化物歧化酶1(SOD1)、过氧化氢酶(CAT)和谷胱甘肽过氧化物酶1(GPx-1)等抗氧化酶表达；另一方面通过调节ATF3/IκB轴抑制NF-κB信号，使炎症因子IL-1β、TNF-α和IL-6的mRNA水平下降44%-64%。

动物实验进一步验证了tFNA-IM的治疗潜力。在低湿度诱导的小鼠干眼模型中，Cy5标记的tFNA-IM显示出口服表面滞留时间延长至20分钟，显著优于未修饰版本。经14天治疗后，tFNA-IM组角膜荧光素染色评分降至3.1±0.8（PBS组为12.3±1.0），泪液分泌量恢复至5.8±1.0mm，杯状细胞数量达到正常组的93%。组织学分析显示tFNA-IM能有效抑制角膜巨噬细胞浸润，促进M1向M2表型转化，并显著降低角膜上皮细胞凋亡。

本研究的关键技术方法包括：通过核磁共振氢谱(1H-NMR)和高分辨质谱(HRMS)验证ITA衍生物合成；采用变性/非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)分析纳米结构组装；利用流式细胞术和共聚焦显微镜评估细胞摄取效率；建立低湿度环境诱导的小鼠干眼模型进行体内疗效评价；通过Western blot、RT-qPCR和免疫荧光等多维度解析分子机制。

细胞活力评估

CCK-8法和钙黄绿素/PI染色结果显示，tFNA-IM能剂量依赖性地逆转高渗应激导致的细胞毒性。在500nM浓度下，其保护效果显著优于游离ITA和未靶向纳米颗粒，证实MUC1适配体修饰增强了生物学效应。

ROS清除能力评估

DCFH-DA荧光探针检测表明，tFNA-IM处理组的ROS水平接近正常对照组，且JC-1染色显示线粒体膜电位恢复最显著。Western blot证实其能同步上调HO-1、SOD1、CAT和GPx-1蛋白表达，形成协同抗氧化防御网络。

体外抗炎评估

RT-qPCR和免疫荧光分析显示，tFNA-IM能显著抑制NFKBIZ、IL-6、TNF-α和IL-1β等炎症因子表达。其抗炎机制涉及IκB蛋白的核转位抑制，且效果优于单功能纳米制剂。

体内治疗评价

小鼠模型证实tFNA-IM能改善角膜上皮完整性、促进杯状细胞再生并恢复泪液分泌。免疫组化显示角膜F4/80⁺巨噬细胞浸润减少，CD206⁺ M2型巨噬细胞比例增加，表明炎症微环境得到重塑。

安全性评价

血清生化指标和主要器官组织学分析未发现异常，证实tFNA-IM具有良好的生物相容性。其渗透压和pH值与泪液生理范围一致，支持其临床转化潜力。

该研究通过创新性地构建靶向性核酸纳米平台，实现了代谢物ITA的眼部精准递送。tFNA-IM不仅能同时干预氧化应激和炎症两大核心病理环节，还克服了传统抗氧化剂快速消耗和角膜渗透性差的瓶颈。其多重作用机制包括：通过酯酶响应释放活性ITA；激活NRF2/HO-1抗氧化通路；抑制NF-κB炎症信号；增强MUC1介导的细胞摄取和组织滞留。

这项工作的科学意义在于首次将免疫代谢物ITA与DNA纳米技术相结合用于干眼治疗，证明了同步调控氧化-炎症轴的治疗优势。所建立的MUC1靶向策略为眼科药物递送提供了新思路，而模块化的tFNA平台更可拓展至其他难治性眼表疾病的治疗。该研究不仅为干眼病提供了突破性治疗策略，也为核酸纳米材料在生物医学领域的应用开辟了新方向。