酸配位工程化普鲁士蓝通过调控小胶质细胞糖代谢重编程治疗癫痫

本研究针对癫痫发作中微胶质细胞免疫与代谢交互机制不清的问题，开发了酸配位工程化普鲁士蓝纳米系统PB@ZIF。通过单细胞测序发现活性氧(ROS)通过稳定HIF-1α驱动糖代谢重编程促炎表型，PB@ZIF通过Zn2+ 位点降低局部pKa增强自由基清除效率，动物实验证实其可有效缓解自发性复发癫痫发作，抑制HIF-1α驱动的糖代谢重编程。该研究为癫痫治疗提供了新型代谢调控策略。

　　

癫痫是最常见且严重的神经系统疾病之一，其中颞叶癫痫(TLE)患者常表现为药物抵抗性。近年研究发现，作为中枢神经系统常驻免疫细胞的小胶质细胞在癫痫病理过程中扮演关键角色。癫痫发作时，小胶质细胞被激活并释放多种免疫介质，驱动神经炎症和神经元过度兴奋，促进癫痫进展。然而，驱动小胶质细胞免疫激活的关键因素仍不明确，阻碍了精准治疗靶点的识别和有效疗法的开发。

同时，癫痫发作会因神经元过度放电和能量需求激增导致代谢应激，表现为糖酵解通量增加。小胶质细胞可能通过代谢重编程适应这些挑战。研究表明缺氧诱导因子1α(HIF-1α)作为免疫应答和细胞代谢的关键调节因子，在应激条件下可促进糖酵解酶转录并激活NLRP3炎症小体。HIF-1α的稳定性受脯氨酰羟化酶(PHDs)调控，而活性氧(ROS)可通过氧化PHDs催化位点的Fe(II)抑制其功能，稳定HIF-1α。这种ROS诱导的HIF-1α稳定可能驱动糖代谢重编程，将代谢变化与免疫应答联系起来。

为解决这些问题，复旦大学等机构的研究人员Yao Zhao、Feixiang Chen等开展了深入研究。通过分析TLE患者和动物模型的单细胞RNA测序数据，发现ROS通过稳定HIF-1α诱导小胶质细胞糖代谢重编程并驱动促炎表型发展。为此，研究团队开发了配位酸工程化普鲁士蓝(PB@ZIF)纳米系统，其中沸石咪唑酯骨架(ZIF)中的Zn²⁺
位点可降低局部pKa，增强PB与自由基的反应效率。动物实验表明PB@ZIF能有效被小胶质细胞内化，显著减轻自发性复发癫痫和癫痫相关行为，减轻小胶质细胞炎症激活和神经元损伤。重要的是，PB@ZIF诱导的ROS减少增强了PHDs的酶活性，有效抑制了HIF-1α驱动的小胶质细胞糖代谢重编程。该研究揭示了癫痫中免疫-代谢相互作用的分子机制，并提出通过调节小胶质细胞代谢改善癫痫治疗的新策略。相关成果发表在《Journal of Nanobiotechnology》。

研究采用的主要技术方法包括：单细胞RNA测序分析TLE患者和动物模型样本；合成PB@ZIF纳米催化剂并进行表征；体外细胞实验评估纳米材料对BV2小胶质细胞的保护作用；建立匹鲁卡品诱导的TLE小鼠模型进行体内实验；代谢组学分析海马组织代谢变化；免疫荧光和Western blot检测相关蛋白表达。

研究结果部分：

合成与表征PB@ZIF
通过胶体化学法制备普鲁士蓝(PB)核心，采用原位自组装方法包覆ZIF-8外壳形成PB@ZIF纳米催化剂。透射电镜显示PB@ZIF呈立方体形态，平均尺寸约70nm。元素映射和线扫描证实ZIF-8壳层在PB纳米颗粒上的均匀覆盖。NH₃
-TPD分析显示ZIF-8具有丰富的Lewis酸位点，理论模拟表明Zn²⁺
通过接受氧原子孤对电子表现出Lewis酸性，使系统pKa从14降至10.57，创造了局部酸性催化微环境。

PB@ZIF保护BV2细胞
体外实验显示PB@ZIF能有效被小胶质细胞内化。LPS刺激后，PB@ZIF处理显著降低细胞内总ROS和·OH水平，恢复线粒体膜电位，抑制MDA生成。ELISA检测显示PB@ZIF显著抑制LPS诱导的促炎细胞因子IL-1β、IL-6和TNF-α分泌，维持小胶质细胞稳态。

PB@ZIF缓解癫痫相关行为
体内实验表明PB@ZIF能有效穿过血脑屏障并在小胶质细胞中富集。匹鲁卡品诱导的TLE模型中，PB@ZIF治疗显著减少自发性复发癫痫发作频率和持续时间，改善Y迷宫和旷场测试中的记忆缺陷和焦虑样行为。免疫荧光显示PB@ZIF降低海马CA1区IBA1⁺
CD16⁺
细胞密度，减轻促炎小胶质细胞激活，同时减少TUNEL阳性细胞并增加NeuN⁺
神经元密度。

PB@ZIF调控糖代谢重编程
代谢组学分析显示癫痫诱导海马组织代谢从氧化磷酸化(OXPHOS)向糖酵解转变，表现为D-果糖-6-磷酸和甘油醛-3-磷酸积累，NAD⁺
减少。免疫荧光显示PB@ZIF抑制癫痫诱导的小胶质细胞HIF-1α上调。双荧光素酶报告系统证实PB@ZIF通过清除ROS增强PHDs活性，促进HIF-1α降解。Western blot显示PB@ZIF下调NLRP3炎症小体通路关键组分表达。

研究结论与意义：
该研究揭示了癫痫中小胶质细胞免疫-代谢相互作用的新机制，证实ROS通过稳定HIF-1α驱动糖代谢重编程促进促炎表型发展。设计的PB@ZIF纳米催化剂通过Zn²⁺
位点创造局部酸性微环境，显著提升自由基清除效率，有效逆转小胶质细胞糖代谢重编程并抑制神经炎症。研究不仅为理解癫痫发病机制提供了新视角，还开发了一种通过调控小胶质细胞代谢治疗癫痫的新策略，为神经系统疾病治疗提供了纳米催化医学的新思路。PB@ZIF良好的生物相容性和血脑屏障穿透能力为其临床转化奠定了基础。