GSTK1-ALDH1L2轴介导线粒体稳态抗铁死亡及基于Super-Mito-EV递送系统的椎间盘退化靶向治疗策略研究

《Journal of Nanobiotechnology》：Aptamer-functionalized GSTK1-derived Super-Mito-EV enable targeted mitochondrial restoration for intervertebral disc repair

摘要

椎间盘退化（IDD）的进展伴随着髓核细胞（NPCs）中的线粒体功能障碍和铁死亡，这突显了进一步研究线粒体稳态相关机制和靶向治疗策略的必要性。我们发现，在退化的NPCs中，线粒体蛋白GSTK1的表达水平降低，而其过表达可以在大鼠中部分延缓IDD的进展。从机制上讲，GSTK1-ALDH1L2轴通过维持线粒体稳态发挥抗铁死亡作用，这一过程独立于经典的ACSL4通路。GSTK1还通过CD38/IP3R/Ca²⁺相关信号通路促进含有线粒体的细胞外囊泡的形成。基于这些发现，我们从GSTK1过表达的NPCs中制备了富集线粒体的细胞外囊泡（Super-Mito-EV），并用EY3对其进行修饰以增强靶向线粒体转移能力，随后将其融合到热敏水凝胶中，构建了一个可注射的缓释递送系统。在大鼠IDD模型中，这一策略显著延缓了IDD的进展，并改善了椎间盘结构和分子稳态。总之，我们的研究结果揭示了GSTK1–ALDH1L2介导的线粒体稳态在IDD相关铁死亡中的作用，并提出了一种基于Super-Mito-EV介导的线粒体递送的靶向治疗策略。

图解摘要

椎间盘退化（IDD）的进展伴随着髓核细胞（NPCs）中的线粒体功能障碍和铁死亡，这突显了进一步研究线粒体稳态相关机制和靶向治疗策略的必要性。我们发现，在退化的NPCs中，线粒体蛋白GSTK1的表达水平降低，而其过表达可以在大鼠中部分延缓IDD的进展。从机制上讲，GSTK1-ALDH1L2轴通过维持线粒体稳态发挥抗铁死亡作用，这一过程独立于经典的ACSL4通路。GSTK1还通过CD38/IP3R/Ca²⁺相关信号通路促进含有线粒体的细胞外囊泡的形成。基于这些发现，我们从GSTK1过表达的NPCs中制备了富集线粒体的细胞外囊泡（Super-Mito-EV），并用EY3对其进行修饰以增强靶向线粒体转移能力，随后将其融合到热敏水凝胶中，构建了一个可注射的缓释递送系统。在大鼠IDD模型中，这一策略显著延缓了IDD的进展，并改善了椎间盘结构和分子稳态。总之，我们的研究结果揭示了GSTK1–ALDH1L2介导的线粒体稳态在IDD相关铁死亡中的作用，并提出了一种基于Super-Mito-EV介导的线粒体递送的靶向治疗策略。

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