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类风湿关节炎(RA)中巨噬细胞和破骨细胞(OCs)异常活化致炎,现有药物靶向性差、半衰期短。研究人员开发叶酸修饰仿生普鲁士蓝(PB)- 血桐素(XTS)纳米粒(FMPX NP),其可靶向递送 XTS,抑制 NF-κB 和 RANK/RANKL/NFATc1 通路,显著缓解 RA 炎症和骨破坏。
类风湿关节炎(Rheumatoid Arthritis, RA)是一种令人困扰的自身免疫性疾病,以滑膜炎和进行性骨破坏为特征,全球患病率在 0.24% 至 0.30% 之间,严重影响患者生活质量。目前临床治疗药物如甲氨蝶呤(MTX)虽为金标准,但存在胃肠道副作用大、半衰期短等问题,非甾体抗炎药(NSAIDs)、糖皮质激素等也因副作用或疗效局限难以满足需求。因此,开发安全有效的多靶点疗法,同时抑制炎症和保护骨组织,成为 RA 治疗的迫切需求。
为解决这一难题,湖南中医药大学的研究人员开展了相关研究。他们设计并制备了一种叶酸(FA)修饰的仿生普鲁士蓝(PB)- 血桐素(XTS)纳米粒(FMPX NP),旨在通过靶向炎症巨噬细胞和破骨细胞(OCs),实现对 RA 的高效治疗。研究发现,FMPX NP 不仅能通过光热效应促进 XTS 在靶细胞内的释放,还能通过抑制 NF-κB 信号通路(在炎症巨噬细胞中)和 RANK/RANKL/NFATc1 信号通路(在 OCs 中),发挥抗炎和清除活性氧(ROS)的协同作用。该研究为 RA 的治疗提供了一种新的双靶向纳米疗法,相关成果发表在《Asian Journal of Pharmaceutical Sciences》。
研究中用到的主要关键技术方法包括:纳米粒制备与表征技术,如通过特定方法合成 PB 纳米粒、制备仿生膜 ROM 并对其进行荧光标记和膜蛋白分析,利用透射电子显微镜(TEM)、紫外 - 可见分光光度计(UV–vis)等对纳米粒的形态、粒径、电位等进行表征;细胞实验技术,如利用脂多糖(LPS)诱导巨噬细胞活化、RANKL 刺激 RAW264.7 细胞分化为 OCs,通过细胞计数试剂盒 - 8(CCK-8)检测细胞活力、流式细胞术分析细胞周期等;动物实验技术,如建立佐剂诱导的关节炎(AIA)大鼠模型,通过尾静脉注射给药,利用近红外激光照射激发光热效应,借助 Micro-CT、组织染色(H&E、SO-FG、Masson、TRAP 等)和免疫组化等评估治疗效果;分子生物学技术,如 Western blot 检测相关蛋白表达、分子对接验证 XTS 与靶蛋白的结合作用等。
3.1 杂交膜的表征
通过透射电子显微镜(TEM)观察到由红细胞膜(RBCm)和破骨细胞膜(OCm)组成的杂交膜 ROM 呈不规则圆形结构,具有良好流动性。紫外 - 可见光谱显示 ROM 具有 OCm 和 RBCm 的特征吸收峰,荧光共振能量转移(FRET)测定证实了膜的融合,SDS-PAGE 和 Western blot 分析表明 ROM 保留了 RBCm 的 CD47 和 OCm 的 FR2 蛋白,且 LPS 诱导的炎症巨噬细胞和 OCs 中 FR 蛋白表达升高,为 FA 修饰纳米粒的靶向性提供了依据。
3.2 FMPX NPs 的表征
FMPX NPs 呈近球形,平均粒径约 169.7 nm,Zeta 电位为 - 6.16 mV,稳定性良好。通过高效液相色谱(HPLC)确定 XTS 与 PB NPs 的最佳负载比例为 1:4,此时包封率达 79.64%。X 射线衍射(XRD)、X 射线光电子能谱(XPS)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)等表征证实了 PB NPs、XTS 和仿生膜的存在及结合。
3.3 FMPX NPs 的体外光热效应和抗氧化活性
在 808 nm 近红外激光照射下,FMPX NPs 溶液温度随时间升高,光热稳定性优于吲哚菁绿(ICG)。DPPH 和 ABTS 自由基清除实验表明 PB NPs 及其修饰的纳米粒具有抗氧化能力,免疫荧光实验显示 FMPX NPs + 激光处理可显著降低活化巨噬细胞和 OCs 内的 ROS 水平。
3.4 FMPX NPs 的生物相容性
溶血实验显示 FMPX NPs 的溶血率低于 5%,符合 FDA 要求。CCK-8 实验表明 FMPX NPs 对 RAW264.7 巨噬细胞和人成纤维样滑膜细胞(HFLS)无显著细胞毒性,显示出良好的生物相容性。
3.5 FMPX NPs 对炎症巨噬细胞和 OCs 的靶向能力
荧光显微镜观察显示,FMPX NPs 可通过 FA 与 FR 的相互作用被 OCs 和炎症巨噬细胞摄取,而游离 FA 预处理可显著降低其荧光信号,证实了 FA 修饰增强了纳米粒的靶向性。
3.6 FMPX NPs 抑制炎症巨噬细胞和 OCs 的增殖
FMPX NPs + 激光处理可显著降低炎症巨噬细胞和 OCs 的活性,通过细胞周期分析发现其可使巨噬细胞阻滞在 G0/G1期,TRAP 染色显示其能减少 OCs 数量,抑制骨破坏相关细胞的增殖和分化。
3.7 PPI 分析和分子对接验证
蛋白质 - 蛋白质相互作用(PPI)网络分析显示 NF-κB、RANKL、RANK 等蛋白间存在相互作用,分子对接表明 XTS 与这些蛋白具有良好的结合亲和力,结合能较低,主要通过范德华力、疏水作用和氢键等相互作用,为其作用机制提供了分子层面的证据。
3.8 FMPX NPs 的体外抑制炎症因子表达
Western blot 和免疫荧光实验表明,FMPX NPs + 激光处理可显著降低炎症巨噬细胞中 p-NF-κB、IL-6、TNF-α 的表达,提高 IκB-α 水平;同时抑制 OCs 中 RANKL、RANK、NFATc1、TRAP、IL-1β 和 MMP9 的表达,证实其通过抑制两条关键信号通路发挥抗炎和抗骨破坏作用。
3.9 FMPX NPs 在 AIA 大鼠中的靶向、生物分布和药代动力学
在 AIA 大鼠模型中,FMPX NPs 能特异性积聚在炎症关节,荧光成像显示其在关节处的荧光信号强且持久,半衰期为 4.68 h,约为游离 XTS 的 2.32 倍,表明仿生膜包封和 FA 修饰延长了其在体内的循环时间,提高了靶向性。
3.10 FMPX NPs 的体内治疗效果
FMPX NPs + 激光治疗显著减轻 AIA 大鼠的后足肿胀,从 12.10±0.49 mm 降至 8.24±0.09 mm,Micro-CT 和组织染色显示其能有效逆转骨破坏,减少滑膜增生和软骨侵蚀,降低炎症因子表达,疗效优于单纯 XTS 治疗。
3.11 FMPX NPs 的安全性评价
H&E 染色显示各器官无明显损伤,器官指数和血液生化指标正常,表明 FMPX NPs + 激光治疗具有良好的安全性,长期给药无显著副作用。
综上所述,该研究开发的 FMPX NPs 通过叶酸修饰和仿生膜包封实现了对炎症巨噬细胞和 OCs 的双靶向递送,结合光热效应和药物释放,协同抑制 NF-κB 和 RANK/RANKL/NFATc1 信号通路,有效缓解 RA 的炎症和骨破坏,且生物相容性良好。这一创新的纳米疗法为 RA 的治疗提供了新策略,有望克服现有药物的局限性,为临床转化提供了有价值的研究基础。尽管仍存在靶向正常细胞的潜在风险和动物模型与人类 RA 的差异等问题,但其在基础研究中的显著成果为 RA 治疗领域开辟了新方向。