近红外光响应基因递送系统通过代谢重编程治疗类风湿性关节炎

研究人员针对类风湿性关节炎(RA)中代谢失衡和炎症微环境的关键问题，开发了基于金纳米棒(AR)的靶向基因递送系统APPC，通过近红外光(NIR)激活热休克蛋白70(HSP70)启动子调控血红素加氧酶1(HO-1)基因表达。该研究证实APPC/pHO-1能特异性抑制滑膜细胞糖酵解(GLUT1/HK2/LDHA)，促进巨噬细胞向M2型极化，并逆转成纤维样滑膜细胞(FLSs)的侵袭表型。在胶原诱导关节炎(CIA)模型中，该策略显著改善了关节微环境并缓解症状，为RA的精准基因治疗提供了新思路。

　　

类风湿性关节炎(RA)作为一种慢性自身免疫性疾病，全球约1%人口深受其扰，其特征是滑膜炎症和关节破坏的恶性循环。当前临床治疗主要聚焦于抑制炎症，却难以根治疾病。问题的核心在于滑膜组织中巨噬细胞和成纤维样滑膜细胞(FLSs)的代谢异常——这些细胞通过过度激活糖酵解途径，产生大量乳酸并抑制线粒体氧化磷酸化(OXPHOS)，最终形成促炎微环境。更棘手的是，现有基因治疗技术因缺乏靶向性，容易导致健康组织的非特异性基因表达，带来安全隐患。

吉林大学的研究团队在《Nature Communications》发表的研究中，创新性地将光热转换技术与基因调控相结合，开发出近红外光(NIR)响应的金纳米棒递送系统APPC。该系统通过软骨素硫酸盐(CS)修饰实现CD44受体靶向，携带热休克蛋白70(HSP70)启动子调控的HO-1基因，在NIR照射下精确激活抗炎代谢通路。研究证实，该策略可同时重编程巨噬细胞和FLSs的代谢状态，显著改善CIA模型动物的关节损伤，为RA治疗提供了兼具时空特异性和疗效的新方案。

关键技术包括：(1)构建CS修饰的聚乙烯亚胺(PEI)包被金纳米棒(APPC)；(2)设计HSP70启动子调控的pHO-1质粒；(3)体外验证NIR诱导的基因表达及代谢调控；(4)采用胶原诱导关节炎(CIA)模型评估治疗效果；(5)通过微CT和组织学分析关节修复情况。

Elevated level of glycolysis in RA patients and CIA mice
通过分析RA患者和CIA小鼠的转录组数据，发现滑膜组织中糖酵解相关基因(PFKFB1/PFKP/LDHA)显著上调，而OXPHOS相关基因(TXNRD2/ATP6VOA1)下调，证实代谢失衡是RA的关键特征。免疫荧光显示CIA小鼠滑膜中M1型巨噬细胞标志物iNOS升高，FLSs标志物CAD11和MMP9异常表达。

Preparation and characterization of APPC
成功制备的APPC具有18.66%的光热转换效率，能在NIR照射下快速升温至42°C。TEM显示其保持金纳米棒典型形貌(长径比4:1)，XPS证实CS-PEI成功包被。凝胶阻滞实验证明APPC在重量比8:1时可有效缩合DNA，血清稳定性实验显示其能保护核酸免受降解。

In vitro transfection efficiency and targeting capability of APPC
在LPS刺激的RAW264.7细胞中，APPC通过CD44介导的内吞作用实现65%的转染效率，显著高于非靶向载体APP。CLSM显示APPC/pHO-1在12小时内完成内体逃逸，Western blot证实NIR照射使HO-1表达提升3.2倍。

Metabolic reprogramming of macrophages by APPC/pHO-1 nanoparticles
Seahorse分析显示APPC/pHO-1+NIR组使细胞外酸化率(ECAR)降低47%，氧消耗率(OCR)提升2.1倍。JC-1染色证实其恢复线粒体膜电位，ATP产量增加68%。qPCR显示糖酵解关键酶GLUT1/HK2表达下调，同时抗炎因子IL-10表达升高5.3倍，实现M1向M2型巨噬细胞的转化。

Metabolic reprogramming of FLSs by APPC/pHO-1 nanoparticles
在TNF-α刺激的FLSs中，APPC/pHO-1+NIR使迁移能力降低72%，MMP9表达下降64%。ROS检测显示其清除率提高81%，划痕实验证实增殖抑制率达58%。

In vivo therapeutic efficacy
CIA小鼠经APPC/pHO-1+NIR治疗后，关节肿胀减少83%，微CT显示骨侵蚀面积缩小67%。免疫荧光显示滑膜中M2型巨噬细胞比例增加4倍，CAD11阳性FLSs减少79%。血清ELISA证实促炎因子TNF-α水平下降至健康组1.5倍。

这项研究的突破性在于创建了"光控-靶向-代谢调控"三位一体的治疗策略：通过CD44靶向递送确保药物在病变部位富集，利用NIR精确控制基因表达时空特异性，最终通过HO-1介导的代谢重编程打破RA的恶性循环。值得注意的是，APPC在肝脏等非靶器官虽有蓄积，但未检测到HO-1表达，证实了该系统的安全性。从转化医学角度看，这种将纳米材料光学特性与基因调控相结合的设计思路，不仅为RA治疗提供了新工具，更为其他代谢异常相关疾病（如肿瘤、动脉粥样硬化）的干预开辟了新路径。研究团队特别指出，未来可通过人工智能优化HSP70启动子库，进一步提升系统的灵敏度和响应速度，这将成为下一代智能诊疗系统开发的重要方向。