靶向细胞内/外核酸双重调控策略缓解椎间盘退变的多维治疗研究

本研究针对椎间盘退变(IVDD)中细胞内线粒体DNA(mtDNA)泄漏和细胞外DNA(exDNA)积累引发的慢性炎症难题，开发了兼具线粒体靶向纳米囊泡(BNPMT)和DNA捕获水凝胶(H-P)的双功能系统。通过单细胞测序和临床样本验证核酸驱动炎症的机制，该策略在稳定线粒体膜、阻断cGAS-STING通路的同时清除微环境exDNA，显著延缓大鼠模型疾病进展，为核酸相关炎症疾病提供了创新治疗框架。

　　

椎间盘退变(IVDD)作为腰背痛的主要诱因，正日益成为全球公共卫生负担。传统治疗手段如非甾体抗炎药或手术干预仅能缓解症状，无法逆转疾病进程。更棘手的是，衰老的髓核细胞(NP cells)会释放线粒体DNA(mtDNA)到胞质激活cGAS-STING通路，同时将DNA泄漏到细胞外基质(exDNA)触发TLR9介导的免疫反应，形成自我放大的炎症循环。这种核酸驱动的"双线作战"机制长期被研究者忽视，成为开发根治性疗法的关键瓶颈。

针对这一难题，浙江大学团队在《Nature Communications》发表创新研究，提出"内外兼治"的协同策略。通过构建仿生纳米囊泡BNPMT和阳离子水凝胶H-P的复合系统，首次实现对细胞内/外核酸的双重精准调控。BNPMT利用TPP修饰的髓核细胞膜实现同源靶向，将BAX抑制剂BAII递送至线粒体，阻止mtDNA泄漏；而富含氨基的PAMAM水凝胶则通过静电作用捕获exDNA，阻断TLR9-NF-κB炎症级联。这种"细胞器-微环境"联合作战模式，为IVDD治疗提供了全新范式。

关键技术方法包括：1) 单细胞RNA测序分析人退变椎间盘组织；2) 铜点击化学构建TPP修饰的仿生纳米囊泡；3) 氧化透明质酸(OHA)与PAMAM-G5通过希夫碱反应形成自修复水凝胶；4) 穿刺诱导的大鼠尾椎退变模型评估疗效；5) 代谢组学分析线粒体功能变化。研究使用临床手术获取的人椎间盘样本(Pfirrmann分级I-IV)进行机制验证。

【NP cell senescence in IVDD】通过单细胞测序发现退变椎间盘组织中衰老相关基因(p21, Tp53)显著上调，代谢组学揭示线粒体功能紊乱与炎症激活密切相关。体外衰老模型证实胞质mtDNA积累激活cGAS-STING通路，同时exDNA通过TLR9驱动巨噬细胞M1极化，形成"核酸-炎症"恶性循环。

【Development of BNPMT】创新性设计TPP修饰的髓核细胞膜纳米囊泡，实现BAII的线粒体靶向递送。粒径170nm的BNPMT可特异性富集于NP细胞线粒体，抑制BAX/BAK介导的线粒体外膜透化(miMOMP)，使胞质dsDNA减少57.3%。

【BNPMT prevents mtDNA leakage】在衰老NP细胞中，BNPMT显著降低p-STING、p-IRF3等蛋白磷酸化水平，使IL-6分泌减少68%。转录组分析显示SASP相关基因下调，ECM合成基因上调，同时逆转线粒体膜电位下降和ATP产量降低。

【Metabolic reprogramming】代谢网络分析显示BNPMT重塑丙氨酸-天冬氨酸-谷氨酸代谢通路，恢复三羧酸循环通量。关键代谢物丙酮酸和谷氨酸浓度恢复至年轻细胞水平，为线粒体功能修复提供能量支持。

【H-P gel captures exDNA】动态水凝胶通过-NH₃⁺捕获带负电的exDNA，使巨噬细胞CpG-FITC内吞减少82%。条件培养基实验证实该策略能上调NP细胞COL2表达3.2倍，同时抑制MMP13活性。

【Therapeutic effect】在大鼠模型中，BNPMT@H-P联合治疗8周后椎间盘高度指数(DHI)保持正常组91%，MRI-T2信号强度提高2.3倍。组织学显示蛋白聚糖保留率增加，p16/p21阳性细胞减少76%，证实其抗衰老作用。

该研究开创性地提出核酸双重清除策略，突破传统疗法仅针对炎症下游的局限。其重要意义在于：1) 阐明mtDNA/exDNA协同驱动IVDD的新机制；2) 开发可注射自修复水凝胶实现局部长效治疗；3) 为其他核酸相关炎症疾病(如关节炎、衰老)提供普适性治疗框架。通过整合仿生递送、代谢调控和微环境重塑，这项研究标志着椎间盘退变治疗从症状管理向机制干预的重要转变。