MMP-9响应性透明质酸水凝胶用于类风湿性关节炎的阶段性程序化治疗

《Journal of Drug Delivery Science and Technology》：MMP-9 responsive hyaluronic acid hydrogel for stage-specific treatment of rheumatoid arthritis

针对类风湿性关节炎(RA)治疗中疾病阶段依赖性需求与常规水凝胶药物释放不可控的难题，研究人员开发了一种基质金属蛋白酶-9(MMP-9)响应的智能水凝胶(MRG)。该研究通过将双氯芬酸(DF)和甲氨蝶呤(MTX)接枝于马来酰亚胺修饰透明质酸(Mal-HA)骨架，并采用MMP-9特异性可切割肽交联，实现了在MMP-9高表达环境下快速释药抑制炎症，随后转为持续释放促进软骨修复的程序化治疗。实验表明MRG具有优异的关节腔滞留性和软骨修复效果，为RA阶段性治疗提供了新策略。

　　

在医学领域，类风湿性关节炎(Rheumatoid Arthritis, RA)是一种令人困扰的慢性自身免疫性疾病，它并非简单的关节疼痛，而是一种会持续攻击关节软骨、导致关节畸形和功能丧失的严重疾病。这种疾病的病理过程极为复杂，其中基质金属蛋白酶-9(Matrix Metalloproteinase-9, MMP-9)扮演着"破坏大师"的双重角色：一方面，它像一把分子剪刀，肆意降解构成软骨基质的胶原蛋白、明胶和纤连蛋白等关键成分，直接加速关节软骨和骨的破坏；另一方面，它还能促进滑膜成纤维细胞和巨噬细胞的增殖、迁移和侵袭，触发肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白细胞介素-1β(IL-1β)和白细胞介素-6(IL-6)等促炎细胞因子的过度分泌，进而激活NF-κB信号通路，形成"MMP-9-炎症因子-MMP-9"的恶性循环，使得局部炎症持续不愈，疾病不断进展。

面对这一难题，传统的RA治疗方法往往显得力不从心。全身给药虽然方便，但药物在病变关节的浓度有限，且容易引起全身性副作用。而常规的关节腔内注射制剂又存在滞留时间短、需频繁给药的问题。更关键的是，RA的治疗需要根据不同疾病阶段采取差异化策略：在疾病早期，MMP-9水平通常较高，此时需要快速释放药物以控制炎症、抑制MMP-9活性；而当炎症得到初步控制后，则需要持续的药物释放来长期调节炎症微环境并促进软骨修复。这种阶段性治疗需求是传统给药系统难以满足的。

针对这一挑战，沈阳药科大学的研究团队在《Journal of Drug Delivery Science and Technology》上发表了一项创新研究，他们巧妙利用MMP-9在RA病理过程中的关键作用，设计了一种能够智能响应疾病进展的MMP-9响应性水凝胶(MRG)系统。该研究的核心思路是"以彼之道，还施彼身"——利用MMP-9本身作为触发信号，控制治疗药物的释放节奏。

研究人员采用了几项关键技术构建这一智能给药系统：首先通过化学修饰将抗炎药物双氯芬酸(Diclofenac, DF)和抗风湿药物甲氨蝶呤(Methotrexate, MTX)接枝到透明质酸(Hyaluronic Acid, HA)骨架上；然后利用MMP-9特异性可切割肽(GCNSGGRM↓SMPVSNCG)作为动态交联剂，构建具有环境响应性的三维网络结构；通过体外降解和药物释放实验验证系统的MMP-9响应特性；最后在佐剂性关节炎(Adjuvant-Induced Arthritis, AIA)大鼠模型中评估其治疗效果，包括关节滞留性、炎症因子水平和软骨修复能力等方面的指标。

材料

研究使用了2-(Boc-氨基)乙基溴、1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺(EDCI)、2-马来酰亚氨基乙胺盐酸盐(Mal)等化学试剂，以及双氯芬酸钠(DF-Na)和甲氨蝶呤(MTX)等药物原料。所有溶剂和试剂均来自可靠的商业供应商。

Preparation and characterization of Mal-HA-DF

研究人员首先合成了氨基乙醇-双氯芬酸盐酸盐(DF-NH₂·HCl)，然后将其与马来酰亚胺修饰的透明质酸(Mal-HA)进行偶联，成功制备了Mal-HA-DF conjugate。质谱分析证实了中间体和目标产物的结构，傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和核磁共振氢谱(¹H NMR)进一步验证了化学结构的正确性。

Preparation and characterization of MRG

通过MMP-9特异性可切割肽将Mal-HA-DF与MTX功能化的HA进行交联，制备得到MMP-9响应性水凝胶(MRG)。流变学测试表明MRG具有适合关节注射的粘弹性和剪切稀化特性，扫描电子显微镜(SEM)观察显示其具有多孔的三维网络结构，有利于药物负载和释放。

In vitro degradation and drug release behavior

体外降解实验证实MRG在MMP-9存在下能够发生特异性降解，且降解速率与MMP-9浓度呈正相关。药物释放研究表明，在模拟RA早期高MMP-9环境下，MRG能够快速释放DF和MTX，而在MMP-9水平较低时转为缓慢持续释放，实现了疾病阶段相适应的程序化释药模式。

In vivo retention and therapeutic efficacy

在AIA大鼠模型中，MRG表现出优异的关节腔内滞留性，能够长期驻留于病变关节。治疗20天后，MRG治疗组大鼠的关节肿胀程度显著减轻，滑膜组织中MMP-9、TNF-α、IL-1β和IL-6等炎症指标明显下降，组织病理学分析显示软骨破坏得到有效遏制，软骨修复迹象明显。

Conclusion

本研究成功开发了一种基于MMP-9响应机制的智能水凝胶给药系统，该系统的创新之处在于能够根据RA疾病进展的不同阶段，自动调整药物释放行为。在MMP-9水平较高的疾病活动期，系统快速降解释放药物，及时抑制炎症和MMP-9表达；当疾病进入相对稳定期后，系统转为持续释放模式，维持长期治疗效果并促进组织修复。这种"先快后慢"的程序化释药模式完美契合RA的阶段性治疗需求，克服了传统给药系统的局限性。

CRediT authorship contribution statement

研究团队分工明确，闫欣如负责实验实施和论文初稿撰写，赵建松参与概念设计和数据分析，其他成员分别在验证、软件、方法学等方面做出了重要贡献。张宇教授和蒋希伟教授为研究提供了资源支持和全程指导。

Declaration of Competing Interest

作者声明不存在可能影响研究结果的利益冲突。

Acknowledgement

研究获得了国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目的资助支持。

这项研究的意义不仅在于开发了一种新型RA治疗制剂，更重要的是提出了一种"疾病响应型"药物递送的设计理念。通过巧妙利用疾病特异性生物标志物作为药物释放的"开关"，实现了治疗过程的智能化调控，为慢性炎症性疾病的精准治疗开辟了新途径。未来，这种基于生物响应原理的智能给药策略有望应用于其他病理过程明确的疾病治疗中，具有广阔的临床应用前景。