工程化一氧化氮递送系统通过氯离子外排重编程脊髓损伤后抑制性中间神经元兴奋性

为解决脊髓损伤(SCI)后离子稳态失调和抑制性中间神经元功能障碍导致的神经功能缺损问题，研究人员开发了八面体钯纳米酶(o-Pd)与L-精氨酸复合水凝胶(o-Pd/Arggel)，实现时空可控的一氧化氮(NO)释放并催化清除其有害副产物。该研究揭示了NO-KCC2-BDNF轴作为神经抑制回路主调控机制的作用，通过增强内皮型一氧化氮合酶(eNOS)表达促进血管再生，同时恢复神经元膜上钾氯共转运体KCC2功能，双重修复神经血管单元。该工作为离子微环境重编程治疗提供了概念验证，推动了神经创伤修复的机制理解和转化潜力。

　　

脊髓损伤是导致瘫痪的重大神经系统疾病，其治疗面临两大核心难题：一是损伤后血管网络破坏引发的缺血缺氧微环境，二是神经元离子稳态失衡导致的神经回路功能异常。尤其令人困扰的是，作为中枢神经系统最重要的单原子离子转运体，钾氯共转运体KCC2在损伤后表达显著下调，导致抑制性中间神经元因氯离子外排能力受损而异常兴奋，这被认为是阻碍功能恢复的关键因素。与此同时，一氧化氮这一具有血管调节和离子通道调控双重潜力的信号分子，其治疗效果长期存在争议——在富含活性氧(ROS)的损伤微环境中，NO易与超氧阴离子反应生成高毒性过氧亚硝酸盐，反而加重组织损伤。

针对这一治疗困境，上海盛昌生物技术有限公司的研究团队在《Bioactive Materials》发表创新成果，通过工程化设计时空可控的NO递送系统，首次实现了脊髓损伤后神经血管单元的双重修复。研究人员采用两步水热法合成具有超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性的八面体钯纳米酶(o-Pd)，与L-精氨酸共同负载于基质金属蛋白酶(MMP)响应型TG-18水凝胶中，构建出能根据炎症程度自适应释放的o-Pd/Arg^gel复合系统。

关键技术包括：通过单核RNA测序(snRNA-seq)和批量RNA测序分析猕猴和小鼠脊髓样本；采用电子顺磁共振(EPR)检测纳米酶的ROS清除能力；建立小鼠T10椎体脊髓挫伤模型并进行运动诱发电位(MEP)和磁共振成像(MRI)评估；通过微血管灌注和三维CT重建量化血管再生；结合免疫组化(IHC)和蛋白质印迹(WB)解析BDNF/TrkB/PI3K/Akt/mTOR/KCC2信号通路。

研究结果首先通过生物信息学分析揭示，脊髓损伤后SLC12A5基因(编码KCC2)在中间神经元中显著下调，这一发现在猕猴snRNA-seq和小鼠免疫荧光中得到验证。体外实验证明o-Pd能有效清除·OH和·O₂^-，当与L-Arg联用时，细胞内ROS/NO比值降低86.7%，毒性物质ONOO^-减少79.3%，显著改善内皮细胞迁移和成管能力。

在机制探索部分，研究显示o-Pd/Arg^gel治疗使损伤区域血管体积百分比从26.5%提升至69.5%，同时促进eNOS与CD31共定位而减少iNOS表达。通过RNA-seq和GSEA分析发现，治疗组PI3K-Akt通路和生长因子活性显著激活。进一步实验证实该系统通过上调内皮细胞BDNF分泌，激活神经元TrkB受体，进而恢复PI3K/Akt/mTOR介导的KCC2膜定位，最终使抑制性中间神经元兴奋性恢复正常。

这项研究的重要意义在于：首次阐明NO通过内皮-神经元crosstalk调控离子通道的新机制，提出"清除ROS-释放NO-上调KCC2"的级联治疗策略；开发的智能响应型水凝胶突破传统NO给药的毒性瓶颈；为神经损伤修复提供同时靶向血管再生和神经回路重建的创新治疗范式。该成果不仅深化了对神经抑制环路调控的理解，也为开发基于离子微环境重编程的神经修复疗法奠定基础。