《Acta Biomaterialia》：Nano-Armor Empowers Mesenchymal Stem Cells to Actively Target and Reverse Synovial Inflammation in Rheumatoid Arthritis
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摘要间充质干细胞（MSC）治疗类风湿性关节炎（RA）的效果一直受到氧化诱发的促炎性滑膜微环境的阻碍，这种微环境严重影响了MSC的归巢、存活和免疫调节功能。尽管纳米材料修饰有望提高MSC的治疗效果，但传统的细胞内修饰方法存在细胞毒性和干细胞命运不可预测改变的风险。在这里，我们为MS
摘要
间充质干细胞（MSC）治疗类风湿性关节炎（RA）的效果一直受到氧化诱发的促炎性滑膜微环境的阻碍，这种微环境严重影响了MSC的归巢、存活和免疫调节功能。尽管纳米材料修饰有望提高MSC的治疗效果，但传统的细胞内修饰方法存在细胞毒性和干细胞命运不可预测改变的风险。在这里，我们为MSC提供了一种表面固定的多功能RGD-MXene/MnO?纳米装甲（RMM）。MXene具有较大的比表面积，支持MnO?纳米酶的原位生长和RGD靶向肽的偶联，同时通过点击化学方法实现与MSC膜的稳定共价结合。装备了RMM的MSC能够有效抵御ROS引起的损伤，并由于MnO?的过氧化氢酶和超氧化物歧化酶样活性，完全恢复其免疫调节能力，从而有效地将巨噬细胞从促炎性的M1型极化为抗炎性的M2型。在RA小鼠模型中，RGD肽通过特异性识别整合素αvβ3，促进了MSC向炎症滑膜组织的主动归巢。因此，RMM@MSC不仅减轻了滑膜炎症，还防止了骨骼破坏和软骨侵蚀，仅凭一剂剂量就实现了高效的RA治疗。这种表面修饰策略解决了传统MSC治疗长期存在的转化障碍，为治疗RA和其他炎症性疾病提供了一个多功能且可转换的平台。
重要性声明
尽管间充质干细胞（MSC）因其固有的免疫调节特性而对类风湿性关节炎（RA）具有治疗潜力，但它们的应用受到其难以归巢到炎症关节和ROS诱导的功能受损的阻碍。本研究报道了使用多功能RGD-MXene/MnO?（RMM）纳米装甲来增强MSC在RA中的治疗效果。具体而言，MXene提供了较大的比表面积，有利于MnO?纳米酶的原位生长和肽的共偶联，以及与MSC的共价结合（有利于安全的表面修饰）；MnO?的级联酶样活性建立了抗氧化屏障，逆转了ROS诱导的MSC凋亡和功能衰竭（维持MSC的活力和生物功能）；RGD肽靶向滑膜增生组织中高表达的整合素αvβ3（使MSC能够主动归巢）。因此，经过纳米装甲修饰的RMM@MSC显著抑制了滑膜炎，缓解了症状，并减轻了关节破坏。
引言
由异常免疫细胞（例如巨噬细胞）浸润和滑膜中丰富的炎症细胞因子引发的活性氧（ROS）风暴被认为是类风湿性关节炎（RA）的核心微环境，这是一种难治性的慢性自身免疫性关节疾病，具有较高的致残风险[1]。过量的ROS直接降解胶原蛋白网络和蛋白聚糖，从而导致关节的物理结构破坏[2]。此外，ROS作为关键的细胞内第二信使，激活了炎症途径，如核因子κB（NF-κB）和丝裂原活化蛋白激酶（MAPK），上调下游促炎细胞因子（如TNF-α和白细胞介素-1β（IL-1β）以及基质金属蛋白酶（MMPs）的转录[3]。这种“ROS-炎症途径-促炎细胞因子”的恶性循环不断重塑关节微环境，导致侵袭性滑膜增生和关节侵蚀[4]。
虽然目前的一线临床干预措施，包括非甾体抗炎药、糖皮质激素和生物制剂（如抗TNF-α单克隆抗体）可以缓解RA症状，但这些药物的长期使用会导致全身性副作用、感染风险增加以及停药后的高复发率[5,6]。因此，间充质干细胞（MSC）因其固有的免疫调节功能而被视为RA的变革性治疗候选者。MSC可以通过分泌抗炎因子和外泌体重新编程局部免疫细胞（例如，将巨噬细胞从促炎型M1极化为抗炎型M2），从而在不引起不良副作用的情况下有效恢复RA的免疫稳态[7]。然而，MSC的临床应用受到了RA相关炎症微环境的严重阻碍。首先，静脉注射的MSC容易受到肺部首过效应的影响，并被网状内皮系统（RES）大量捕获，导致到达关节病变部位的活性细胞剂量严重不足[8]；其次，RA关节腔内的高浓度ROS和促炎介质构成了极其恶劣的生存微环境，这不仅会触发MSC的凋亡级联反应，还会抑制其抗炎旁分泌功能，甚至引起促炎表型转变[7,9]。因此，MSC的归巢效率低下和生物功能受损仍然是RA治疗中的关键挑战。
近年来，利用纳米材料工程化干细胞以增强其治疗潜力已成为再生医学中的一个有前景策略。通过合理设计，纳米材料可以通过内吞作用进入MSC，触发效应DNA、分子和其他生物活性因子的可控释放，从而重新编程干细胞微环境并提高其组织修复能力。然而，内化修饰可能存在风险，如细胞毒性的增加和干细胞命运的意外改变。因此，表面工程成为了一种替代方案。各种材料，如合成聚合物、脂质体和无机纳米颗粒，已被用于细胞膜的的功能化[10]。特别是具有较大比表面积和强亲水性的二维纳米材料，例如石墨烯，可以避免聚集并提高细胞膜的亲和性[11]。在二维纳米材料中，MXene因其良好的生物相容性、导电性和丰富的表面官能团而在组织工程中受到越来越多的关注[12]。
在这里，我们设计了一种多功能纳米装甲来增强MSC的滑膜归巢和治疗效率。我们首先合成了含有原位形成的MnO?纳米酶的单层MXene纳米片。为了赋予纳米复合材料精确的滑膜靶向能力，我们用Arg-Gly-Asp（RGD）环肽对MXene/MnO?表面进行了功能化。RGD序列经过结构优化，能够特异性识别并与整合素αvβ3受体形成高亲和力结构键。这些整合素复合物在类风湿性关节炎（RA）关节的侵袭性炎症增生组织中的新生血管、增生性滑膜成纤维细胞和高度活化的巨噬细胞上显著上调[13]。所得到的RGD-MXene/MnO?纳米复合材料（称为RMM）通过点击化学方法在MSC表面形成稳定的共价键。这种纳米装甲不仅可以通过RGD肽引导MSC主动归巢到炎症滑膜，还可以通过MnO?的级联酶活性建立抗氧化屏障，逆转氧化应激引起的细胞凋亡，通过将巨噬细胞从M1型极化为M2型来有效重塑免疫微环境。因此，经过纳米装甲修饰的RMM@MSC在RA小鼠中显著抑制了滑膜炎症，从而显著缓解了RA相关症状和关节破坏（图1）。
部分片段
RMM纳米复合材料的合成和功能化
Ti3C2Tx MXene是使用先前报道的方法并进行改进后制备的[14]。简要来说，1.0克LiF溶解在20毫升12 M HCl中，然后缓慢加入1.0克Ti?AlC?粉末。混合物置于35°C的油浴中搅拌24小时以蚀刻铝层。然后收集酸性悬浮液并洗涤，获得多层MXene。接着，将多层MXene重新分散在50毫升去离子水中，并进行10分钟的超声处理
RGD-MXene/MnO?纳米装甲的制备与表征
我们采用了一种简单的原位氧化还原方法来合成MXene/MnO?纳米复合材料（图2A）。在此反应中，MXene表面的还原性官能团将KMnO4还原，诱导MnO24后，所得纳米复合材料显示出独特的二维/一维（2D/1D）异质结构
讨论
基于MSC的治疗是一种有前景的RA治疗方法，但其临床效果受到严重阻碍，因为关节微环境中的过量ROS和持续的炎症风暴会导致干细胞凋亡、衰老和功能受损。同时，持续的氧化应激和炎症级联反应促进了M1型巨噬细胞的极化、促炎细胞因子的分泌以及持续的软骨和骨骼破坏，形成了一个自我放大的病理过程
CRediT作者贡献声明
Yongxin Chen: 撰写——原始草稿、方法学、实验研究。Nan Li: 撰写——原始草稿、方法学、实验研究。Tairan Deng: 方法学、实验研究。Minyou Lian: 实验研究。Guoxing Li: 实验研究。Zhanpeng Xue: 实验研究。Jianxiong Shu: 实验研究。Gan Li: 监督、方法学。Xiao Yang: 方法学、概念构思。Yao Lu: 撰写——审阅与编辑、监督、资源获取、概念构思。
AI及AI辅助技术的声明
在准备本手稿的过程中，没有使用生成式AI或AI辅助技术。
伦理声明
本研究遵循ARRIVE（动物研究：体内实验报告）指南进行。该研究获得了南方医科大学珠江医院机构动物护理和使用委员会（IACUC）的批准。（批准编号：LAEC-2025-022）
CRediT作者贡献声明
Yongxin Chen: 撰写——原始草稿、方法学、实验研究。Nan Li: 撰写——原始草稿、方法学、实验研究。Tairan Deng: 方法学、实验研究。Minyou Liang: 实验研究。Guoxing Li: 实验研究。Zhanpeng Xue: 实验研究。Jianxiong Shu: 实验研究。Gan Li: 监督、方法学。Xiao Yang: 方法学、概念构思。Yao Lu: 撰写——审阅与编辑、监督、资源获取、概念构思。
Yongxin Chen|Nan Li|Tairan Deng|Minyou Liang|Guoxing Li|Zhanpeng Xue|Jianxiong Shu|Gan Li|Xiao Yang|Yao Lu
