《Biomaterials》：An injectable ROS-responsive natural drug self-delivery hydrogel relieves neuropathic pain by remodeling DRG macrophage-mediated neuroinflammation
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摘要神经病理性疼痛仍然是重大的临床挑战，其神经免疫机制复杂且疾病修饰疗法有限。背根神经节（DRG）内的神经炎症，尤其是巨噬细胞浸润和促炎极化，是感觉神经元敏化和疼痛持续的关键驱动因素。在此，我们报告了一种可注射的活性氧（ROS）响应性天然药物自递送水凝胶，用于神经病理性疼痛的
摘要
神经病理性疼痛仍然是重大的临床挑战，其神经免疫机制复杂且疾病修饰疗法有限。背根神经节（DRG）内的神经炎症，尤其是巨噬细胞浸润和促炎极化，是感觉神经元敏化和疼痛持续的关键驱动因素。在此，我们报告了一种可注射的活性氧（ROS）响应性天然药物自递送水凝胶，用于神经病理性疼痛的局部和持续治疗。单细胞转录组重分析显示，受损DRG中存在显著的巨噬细胞积聚，伴随M1样极化和磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）-Akt异常激活。机制指导的虚拟筛选鉴定了甘草酸（GA）——一种生物活性天然产物——作为有前途的PI3K靶向候选药物。为提高局部生物利用度，通过动态硼酸酯键和非共价相互作用，将GA工程化为1,4-苯二硼酸（1,4-PBA）功能化的自组装水凝胶，称为GA-PBA-GA（GPG）。GPG水凝胶表现出可注射性、自愈合性、可生物降解性、生物相容性和炎症相关ROS触发的GA释放。体外研究表明，GPG抑制PI3K-Akt信号传导，减少促炎巨噬细胞活化，并促进M1到M2的重极化。在L5脊神经结扎诱导的神经病理性疼痛大鼠模型中，DRG周围给药减轻了机械和热超敏反应，改善了步态和电生理功能，减少了DRG巨噬细胞介导的神经炎症，并减弱了脊髓小胶质细胞活化。这种ROS响应性天然药物自递送水凝胶提供了一种微创策略，通过局部药物递送重塑DRG神经炎症并实现神经病理性疼痛的持续缓解。
引言
神经病理性疼痛是一种常见且致残的疾病，影响大量普通人群，通常由创伤、机械压迫或椎间盘突出相关神经根病变引起的躯体感觉神经损伤所致[1], [2], [3], [4]。临床上，患者表现为持续性自发性疼痛、热痛觉和机械痛觉超敏以及触诱发痛，常伴有患肢的感觉、运动和自主神经功能障碍[5], [6]。即使在初始损伤已经消退或愈合后，许多患者仍继续经历慢性疼痛，严重损害其身体和心理生活质量[7], [8], [9]。目前的临床管理主要依赖非处方镇痛药、非甾体抗炎药、抗惊厥药、抗抑郁药、皮质类固醇和阿片类药物[10]。尽管这些干预措施可以提供部分症状缓解，但其疗效通常受限于起效延迟、作用时间短、频繁给药要求、显著的个体间差异、完全缓解率低和显著的不良效应。特别是，阿片类药物对长期慢性疼痛管理往往无效，并存在耐受性、剂量升级、滥用和成瘾的风险[11], [12]。因此，安全、有效且患者依从性好的神经病理性疼痛治疗策略仍然迫切需要。
神经病理性疼痛的机制尚未完全阐明，阻碍了疾病修饰疗法的发展。感觉神经系统的神经炎症越来越被认为是伤害性神经元敏化和慢性疼痛持续的关键驱动因素[13], [14]。越来越多的证据表明，神经损伤在同侧背根神经节（DRG）中诱发强烈的巨噬细胞积聚，突出了这一外周感觉中枢内活跃的神经免疫交叉对话。与局限于外周损伤部位的炎症反应不同，DRG浸润的巨噬细胞与感觉神经元位置接近，可以直接调节神经元兴奋性[15], [16]。这些巨噬细胞通过释放促炎介质，包括肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素-1β（IL-1β）和白细胞介素-6（IL-6），作用于感觉神经元表达的细胞因子受体和离子通道，从而降低疼痛阈值并放大外周敏化[17], [18]。鉴于巨噬细胞显著的表型可塑性，它们可以根据局部微环境信号向促炎M1表型或抗炎、促消退M2表型极化[19], [20], [21]。我们的生物信息学分析显示，在神经病理性疼痛进展期间积累在DRG的巨噬细胞主要偏向促炎M1表型，伴随PI3K-Akt信号通路的异常激活。这些发现表明，失调的PI3K-Akt活性可能强化M1样巨噬细胞活化并放大DRG神经炎症，为神经病理性疼痛干预提供了潜在的治疗切入点。基于这一机制，我们对针对PI3K的天然产物库进行了高通量虚拟筛选，并鉴定了甘草酸（GA）作为有前途的PI3K结合候选药物。
GA是一种源自甘草根的天然三萜皂苷，具有抗炎、抗氧化和伤口愈合活性[22]。然而，其临床应用受限于其较高的分子量、较差的水溶性和低效的体内吸收，这限制了在病理部位的有效药物暴露[23], [24]。对于DRG压迫和炎症相关神经病理性疼痛，持续的局部GA可用性至关重要，但通过游离药物给药难以实现。可注射水凝胶储库为延长损伤部位保留时间、减少给药频率和最小化全身不良反应提供了一种有前景的手段[25], [26]。然而，传统的物理包封或后负载水凝胶通常受限于低载药量、制备相关药物损失、制备复杂和缺乏病理响应性，导致不可控或不足的释放和疗效受损[27], [28], [29]。将治疗分子定向自组装为水凝胶提供了一种更集成的策略，可以最大化载药量、简化配方并将内在药理活性与局部递送相结合[30]。
在此，我们开发了一种炎症相关活性氧（ROS）响应性天然药物自递送水凝胶，用于局部、持续递送系统和按需治疗损伤诱导的神经病理性疼痛。具体而言，GA用苯硼酸（PBA）功能化形成自组装甘草酸-苯硼酸-甘草酸水凝胶，称为GA-PBA-GA（GPG）。GPG水凝胶通过简便且绿色的一锅法策略制备，其中GA和PBA之间的动态可逆硼酸酯键以及分子间非共价相互作用驱动水凝胶自组装。这种分子设计将GA的内在抗炎活性、ROS响应性释放行为和可注射储库功能集成在单一自递送系统中。在受压迫DRG的ROS富集炎症微环境中，硼酸酯键的氧化裂解触发神经压迫病变处的位点特异性、按需GA释放。在机制上，释放的GA抑制DRG巨噬细胞中异常的PI3K-Akt激活和相关炎症信号级联。通过协同调节这些通路，GA促进巨噬细胞从促炎M1表型向抗炎M2表型重极化。这种表型转变抑制了巨噬细胞介导的神经炎症，减弱了感觉神经元敏化，并最终减轻了神经病理性疼痛。总之，这种机制指导的ROS响应性天然药物自递送水凝胶提供了一种微创且高效的策略，用于重塑DRG神经炎症和治疗神经病理性疼痛（图1）。
章节摘要
材料
甘草酸（GA）、1,4-苯二硼酸（1,4-PBA）、细胞计数试剂盒-8（CCK-8）检测试剂盒以及钙黄绿素乙二胺酯（Calcein AM）和碘化丙啶（PI）均购自碧云天生物技术。一抗购自武汉proteintech。二抗购自Abcam。所有化学品均按原样使用，未进一步纯化。
单细胞RNA测序数据重分析
下载了公开的DRG单细胞RNA测序数据（GEO: GSE155622）
单细胞转录组学揭示受损DRG中M1巨噬细胞扩增和PI3K-Akt过度激活
为探究巨噬细胞与DRG之间的关系，我们重新分析了神经组织的scRNA-seq数据（GEO: GSE155622）[31]。DRG细胞（n = 43,243）的非监督聚类揭示了不同的细胞群体，包括神经元、雪旺细胞、成纤维细胞以及多种免疫细胞亚群，如巨噬细胞、中性粒细胞、B细胞和T细胞。基于UMAP的降维进一步表明，在病理条件下DRG中存在明显的免疫细胞浸润（
讨论
GA是一种从甘草（Glycyrrhiza glabra）根中提取的天然三萜皂苷，具有强效的抗炎、抗氧化、伤口愈合和抗瘢痕特性。尽管GA具有良好的药理活性，但游离GA的临床转化仍严重受限于其高分子量、有限的水溶性、差的膜通透性和低全身生物利用度，这些因素共同阻碍了有效治疗性
结论
总之，本研究开发了一种可注射的ROS响应性天然药物自递送水凝胶，用于L5 SNL诱导的神经病理性疼痛的局部和持续递送系统治疗。通过整合单细胞转录组学分析、通路富集、虚拟筛选、分子模拟和实验结合验证，我们确定了DRG中M1样巨噬细胞极化和失调的PI3K-Akt信号传导为关键的神经炎症特征，并鉴定了GA作为潜在的PI3K结合
CRediT作者贡献声明
高洪涛：方法论、调查研究、数据整理。姜桂勇：写作—审阅与编辑、监督。冯源：验证、软件、方法论。余晖：调查研究、形式化分析、数据整理。李家军：调查研究、形式化分析、数据整理。杨葛：写作—审阅与编辑、写作—原稿、可视化、软件、数据整理、概念化。周磊：写作—审阅与编辑、监督、项目管理、经费获取，
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争性经济利益。
数据可用性声明
支持本研究结果的数据可从通讯作者处按合理要求获得。
利益冲突声明
? 作者声明他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响本文所报告的工作。
致谢
本工作受国家自然科学基金（编号：32471431）、广东省基础与应用基础研究基金（编号：2025A1515011845）、四川省自然科学基金（编号：2026NSFSC0541）和广州临床高新技术项目（编号：2024CL-31GX02）资助。
邢旭丹|杨葛|刘沛怡|陈楚克|高洪涛|李家军|余晖|冯源|姜桂勇|王乐|李鹏|周磊
