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本文设计了 ZnMgAl-LDH 纳米片，可中和酸性微环境、抑制破骨细胞活化，为骨质疏松治疗提供新策略。
骨质疏松现状与治疗难题
骨质疏松是一种慢性全身性骨病，随着人口老龄化，其已成为全球广泛关注的健康问题。在骨质疏松的病理过程中，破骨细胞过度活化与成骨细胞功能抑制共同导致骨重建与吸收失衡。破骨细胞分泌大量 H+，使骨髓微环境呈酸性，这不仅直接溶解骨矿物质，还抑制成骨细胞功能，刺激其分泌更多核因子 κB 受体活化因子配体（RANKL），引发钙振荡，促进破骨细胞成熟和活化，形成恶性循环。传统治疗策略如双膦酸盐、地诺单抗和特立帕肽等，虽能抑制破骨细胞活性或促进成骨细胞功能，但忽视了骨质疏松微环境的酸性特征，难以有效治疗骨质疏松。
ZnMgAl-LDH 纳米片的设计与合成
为解决上述问题，研究人员设计了一种新型锌镁铝层状双氢氧化物（ZnMgAl-LDH），并通过阿仑膦酸盐（ALN）对其进行修饰，以实现骨靶向。ZnMgAl-LDH/ALN 的制备分三步进行，先采用经典水热法合成 LDH，再通过 ALN 与 LDH 中 Al3+形成 Al-O-P 配位键实现修饰。透射电子显微镜（TEM）等多种表征手段显示，合成的 LDH 纳米颗粒呈六边形层状结构，ZnMgAl-LDH 和 ZnMgAl-LDH/ALN 平均直径为 200nm，具有良好的分散性，且成功负载了 ALN。
ZnMgAl-LDH 纳米片对酸性微环境的响应
体外实验表明，ZnMgAl-LDH 在酸性环境（pH 6）中会逐渐降解，6 小时内片层结构核心被完全侵蚀，24 小时基本完全溶解，而在 pH 7.4 的环境中则高度稳定。同时，ZnMgAl-LDH 在酸性条件下会快速释放 Zn2+和 Mg2+，且释放速率随溶液酸性增强而增加，溶液 pH 也相应升高，即使在 pH 5 的酸性条件下，24 小时后溶液 pH 仍能达到中性，表明其具有较强的酸中和能力。在模拟骨质疏松骨髓微环境的实验中，ZnMgAl-LDH 同样表现出优异的酸中和能力，能有效降低环境酸性。
ZnMgAl-LDH 纳米片的生物相容性与骨靶向性
通过与 MC3T3-E1 细胞共培养实验发现，ZnMgAl-LDH 在浓度低于 60μg/mL 时细胞存活率达 94% ± 2.16%，且 ALN 的添加未增加其细胞毒性，因此选择 60μg/mL 作为后续体外实验浓度。在不同酸性 pH 值下培养细胞发现，pH 6.0 时细胞活力下降明显，故选择 pH 6.0 作为酸性模型。实验还表明，ZnMgAl-LDH 能有效清除 H+，提高酸性条件下细胞活力。利用 ALN 对骨骼组织中钙离子的螯合作用，以羟基磷灰石（HAP）模拟骨骼组织进行实验，结果显示 ALN 修饰的 ZnMgAl-LDH 与 HAP 的结合效率显著提高，且结合量随时间增加，证明其具有良好的骨靶向性。
ZnMgAl-LDH 纳米片对成骨细胞的保护作用
酸性微环境会导致成骨细胞线粒体损伤和氧化应激，进而分泌更多 RANKL，加重骨组织破坏。体外实验中，ZnMgAl-LDH 的酸中和作用可防止细胞因酸性环境死亡，维持细胞内 pH 稳态，增加线粒体膜电位，减少线粒体活性氧（ROS）生成，降低细胞内 ROS 水平，从而减轻氧化应激对成骨细胞的损伤，减少 RANKL 分泌。体内实验也得到了类似结果，证实了 ZnMgAl-LDH 在中和酸性微环境和减轻氧化应激方面的潜力。
ZnMgAl-LDH 纳米片促进成骨作用
通过茜素红染色（ARS）和碱性磷酸酶（ALP）活性检测发现，ZnMgAl-LDH 能显著促进 MC3T3-E1 细胞的成骨分化，上调成骨标记基因 ALP、OSX、OCN 和 Runx2 的表达。体内实验中，免疫荧光染色显示 ZnMgAl-LDH/ALN 处理的去卵巢（OVX）小鼠股骨中 OCN 表达明显增加，达到与对照组相同水平，表明 ZnMgAl-LDH 能有效促进骨组织的修复和重建。
ZnMgAl-LDH 纳米片抑制破骨细胞生成
利用新鲜骨髓来源的巨噬细胞（BMDMs）进行破骨细胞诱导实验，发现 ZnMgAl-LDH 能显著抑制破骨细胞的形成和成熟，减少抗酒石酸酸性磷酸酶（TRAP）阳性破骨细胞数量和面积，降低 F - 肌动蛋白环面积和比例，减少 H+分泌和 ROS 产生。对成熟破骨细胞的研究发现，ZnMgAl-LDH 能促进其凋亡，使细胞周期停滞在 G0/G1 期。体内实验中，ZnMgAl-LDH/ALN 对 OVX 小鼠破骨细胞形成的抑制作用显著，使破骨细胞数量几乎恢复到正常水平。
ZnMgAl-LDH 纳米片抑制破骨细胞的机制
RANKL 激活破骨细胞前体表面的 RANK 受体，引发钙振荡，激活钙调神经磷酸酶，促进 NFATc1 表达，进而促进破骨细胞分化和活化。研究发现，ZnMgAl-LDH 能有效抑制 RANKL 介导的细胞内钙振荡，使 ZnMgAl-LDH 组的钙振荡水平恢复到接近对照组水平，同时抑制钙调神经磷酸酶活性和 NFATc1 表达。进一步研究发现，Mg2+可促进锌离子转运蛋白 ZIP1 的表达，使更多 Zn2+进入细胞，增加细胞内 Zn2+浓度，有效抑制钙振荡和钙调神经磷酸酶活性，阻断 NFATc1 表达，从而精确减少破骨细胞活化，防止骨丢失。
ZnMgAl-LDH 纳米片对 OVX 诱导的骨质疏松的治疗作用
通过建立 OVX 诱导的骨质疏松小鼠模型，研究发现 ZnMgAl-LDH 能显著改善小鼠骨质量。Micro-CT 和 3D 重建结果显示，ZnMgAl-LDH 处理组的骨体积分数（BV/TV）、骨小梁数量（Tb.N）和骨小梁厚度（Tb.Th）增加，骨小梁分离度（Tb.Sp）降低，其抗骨质疏松治疗效果优于 ZnAl-LDH 和 MgAl-LDH 组。组织学检查（H&E 染色）进一步证实了 ZnMgAl-LDH 对维持骨小梁结构和体积的积极作用。尾静脉注射 ZnMgAl-LDH/ALN 也能对骨质量起到一定的挽救作用，但效果略弱于股骨注射。
讨论与展望
骨组织的重塑需要成骨细胞和破骨细胞之间的精细平衡。破骨细胞分泌 H+形成酸性微环境，溶解骨矿物质，抑制成骨作用，而 ZnMgAl-LDH 可通过自身弱碱性中和酸性，释放的 Zn2+和 Mg2+协同作用，促进成骨并抑制破骨细胞生成。钙振荡在破骨细胞活化中起关键作用，ZnMgAl-LDH 能有效抑制钙振荡，阻断 NFATc1 表达，纠正骨重建失衡。ZnMgAl-LDH 作为治疗骨质疏松的材料，具有安全性高、生物相容性好和疗效持久等优点，但在长期应用中仍需关注其降解速率、离子释放动力学、治疗效果的可持续性以及金属离子潜在积累等问题。
综上所述，本研究揭示了钙振荡在破骨细胞活性中的关键作用以及 Zn2+和 Mg2+在调节破骨细胞功能中的协同效应，为骨质疏松的治疗提供了新的策略和思路。未来研究将进一步探索其作用机制的细节，并评估在临床治疗中的潜在应用。
