利用仿生纳米载体系统靶向表达CXCL16的巨噬细胞，可以减轻骨关节炎中的软骨退化

《Journal of Controlled Release》：Targeting CXCL16-expressing macrophages with a biomimetic nanocarrier system attenuates cartilage degeneration in osteoarthritis

CXCL16阳性巨噬细胞在骨关节炎滑膜炎中起核心作用，通过靶向CXCL16-CXCR6相互作用开发纳米颗粒MAP6，显著减轻炎症并抑制软骨降解。

　　

杨青军|徐一迪|詹阳|李建平|彭瑞|于波|张雷|梁贵宏|邓鹏|曹 Houran|韩艳红|黄泽鑫|潘建科|江涛|杨伟义|冯永红|黄迅|吴子志|桂涛|叶永生

中国广东省东莞市中医医院骨科

摘要

骨关节炎（OA）是一种影响整个关节的疾病，其特征是软骨逐渐退化和慢性滑膜炎症，其中巨噬细胞起着核心作用。通过对人和小鼠滑膜组织进行单细胞RNA测序，我们发现巨噬细胞在OA进展过程中显著增多，并且几乎普遍表达趋化因子CXCL16。这些CXCL16⁺巨噬细胞表现出促炎表型，并与滑膜炎密切相关。为了利用这一靶点，我们开发了一种仿生纳米颗粒（MAP6），方法是将含有辣椒素的聚乳酸-羟基乙酸（PLGA）颗粒包裹上富含CXCR6的M1巨噬细胞膜，利用CXCL16–CXCR6之间的特异性相互作用。结果表明，MAP6纳米颗粒能够增强细胞摄取、延长在滑膜中的停留时间，并在体内特异性地靶向CXCL16⁺巨噬细胞。此外，MAP6治疗还能促进Ca²⁺内流和NRF2核转位，从而抑制促炎细胞因子的表达。在鼠类OA模型中，关节内注射MAP6显著缓解了滑膜炎，减少了软骨退化，并抑制了降解因子的表达。总体而言，本研究强调了CXCL16作为OA中巨噬细胞相关标志物的作用，并提出了一种能够调节滑膜炎症和阻止疾病进展的靶向纳米治疗策略。

引言

骨关节炎（OA）是一种常见的、使人衰弱的肌肉骨骼疾病，全球有超过5亿人受到影响，55岁以上人群的发病率估计接近73% [1]，[2]。临床上，OA表现为慢性关节疼痛、僵硬、肿胀和功能逐渐丧失。现在人们普遍认为这是一种“影响整个关节的疾病”，因为其病理表现涉及多个关节结构，包括软骨下骨硬化、半月板退化、韧带损伤和滑膜炎症 [3]。在这些病理过程中，滑膜炎既是OA早期的标志，也是疾病进展的关键驱动因素。组织学上，滑膜炎症的特点是衬里层增生、下层纤维化、新血管形成以及免疫细胞的大量浸润 [4]。重要的是，滑膜炎通常先于明显的软骨退化和临床症状的出现 [5]。我们之前的研究也表明，在可检测到关节软骨损伤之前，就已经出现了显著的滑膜炎症 [6]，这突显了其在引发和持续关节病理过程中的关键作用。

在发炎的滑膜中，巨噬细胞是主要的免疫细胞群体，它们在炎症和组织重塑中起核心调节作用 [7]，[8]，[9]。在OA进展过程中，活化的巨噬细胞释放一系列促炎细胞因子、趋化因子和降解基质的酶，从而加剧局部炎症，促进软骨破坏，并招募更多的免疫细胞和基质细胞 [7]。此外，巨噬细胞表现出显著的表型可塑性：经典激活的（M1样）亚群会加剧炎症损伤，而交替激活的（M2样）亚群则参与基质更新和血管生成，尽管在慢性疾病中这种作用常常失调 [7]，[10]。最近的单细胞转录组（scRNA-seq）分析进一步揭示了骨关节炎滑膜中不同的巨噬细胞亚群，这些亚群在抗原呈递、代谢适应和免疫调节方面具有不同的转录程序 [11]，[12]，[13]。这些发现强调了滑膜巨噬细胞的功能异质性和依赖环境的角色，并表明选择性地调节促进疾病的亚群可能是一种有效的治疗途径，以减轻慢性炎症并恢复关节稳态。

尽管人们对针对巨噬细胞的干预措施越来越感兴趣，但关节内（IA）给药仍受到巨噬细胞从关节腔内快速清除、酶降解和局部失活的限制，这些因素大大降低了治疗效果 [14]。为了解决这些问题，已经开发了多种先进的药物递送系统来提高关节内的生物利用度、延长在关节内的停留时间并实现组织特异性靶向。特别是基于纳米医学的方法在调节巨噬细胞极化方面显示出巨大潜力，包括巨噬细胞膜包覆的纳米囊泡 [15]、S-亚硝基硫醇修饰的有机硅纳米颗粒 [16]、可水解的PEG水凝胶 [17] 和磁驱动的纳米机器人 [18]。然而，大多数现有的纳米平台主要通过间接方式影响巨噬细胞行为——通过调节炎症环境、清除活性氧或改变一氧化氮水平 [17]——而不是直接针对特定的致病性巨噬细胞亚群。因此，开发针对特定亚群的巨噬细胞靶向递送系统仍然是一个未满足的需求。未来的进展将依赖于将高分辨率的巨噬细胞分析技术与合理的纳米载体设计相结合，以实现选择性靶向，最大化治疗效果并最小化脱靶效应。这种精准的纳米治疗策略有望将OA的管理从非特异性免疫调节转变为靶向免疫治疗，为阻止甚至逆转疾病进展提供了一条现实的途径。

CXCL16是一种多功能跨膜趋化因子，包含一个N端趋化因子结构域、一个高度糖基化的黏蛋白样柄、一个跨膜区域和一个细胞质尾部 [19]。通过解整合素和金属蛋白酶10（ADAM10）的蛋白水解作用，会释放出可溶性的趋化因子异构体（sCXCL16），而剩余的片段则保持膜结合形式（mCXCL16）[20]。膜结合的异构体主要由巨噬细胞和树突状细胞表达，其表达受到促炎刺激的强烈诱导 [21]。因此，mCXCL16是炎症激活的强大指标 [22]。功能上，mCXCL16与其配体CXCR6结合，从而在发炎组织中介导免疫细胞的招募、保留和空间组织 [23]。有趣的是，mCXCL16还能够进行反向信号传导，即与CXCR6的结合会在表达CXCL16的细胞本身内启动细胞内信号转导 [24]。这种双向通信强调了CXCL16作为免疫激活的媒介和放大器的关键作用，协调了炎症信号和免疫细胞动态之间的相互作用。

在本研究中，我们分析了人和小鼠滑膜组织的scRNA-seq数据，发现巨噬细胞群体在OA进展过程中显著增多。值得注意的是，这些巨噬细胞几乎普遍表达CXCL16，并且具有促炎转录程序，表明它们是滑膜炎和关节退化的主要贡献者。鉴于mCXCL16的膜定位及其对CXCR6的选择性亲和力，我们通过在脂多糖（LPS）刺激的M1巨噬细胞膜上过表达CXCR6，设计了一种仿生纳米载体系统，生成了靶向CXCL16的囊泡Membrane^CXCR6（M^CXCR6）。为了赋予治疗功能，我们将辣椒素封装在聚乳酸-羟基乙酸（PLGA）纳米颗粒中，然后将其包裹上富含CXCR6的M1巨噬细胞膜（MAP6）。这些纳米颗粒能够有效结合表达CXCL16的巨噬细胞，并在体外表现出强大的抗炎活性。此外，在骨关节炎小鼠中关节内注射MAP6显著减轻了滑膜炎，保持了软骨结构，并减缓了OA的进展。总之，我们的发现表明CXCL16阳性的巨噬细胞是骨关节炎中的致病性驱动亚群，并确立了基于M^CXCR6的纳米载体作为靶向递送抗炎治疗药物的有希望的平台，为退行性关节疾病的精准免疫调节干预铺平了道路。

单细胞RNA测序（scRNA-seq）分析

我们对人和小鼠的滑膜组织进行了scRNA-seq分析，以确定OA中的细胞异质性。人类scRNA-seq数据来自公开的数据集GSE216651，而小鼠滑膜样本来自我们之前的研究（GSE231755）[25]。原始测序读数使用Cell Ranger流程进行处理，生成基因表达矩阵，随后通过质量控制排除基于线粒体基因内容和数量的低质量细胞

巨噬细胞扩增和CXCL16上调定义了骨关节炎滑膜的早期炎症特征

为了揭示OA中滑膜炎症的潜在治疗靶点，我们分析了之前对小鼠滑膜组织进行的单细胞RNA测序（scRNA-seq）数据，包括未受伤对照组（Con）和早期OA组（内侧半月板破坏后7天，DMM）。无监督聚类揭示了八个转录上不同的细胞群体——成纤维细胞、巨噬细胞、滑膜细胞、内皮细胞、壁细胞、中性粒细胞、增殖细胞等

讨论

骨关节炎（OA）曾经被认为只是一种以关节软骨逐渐丧失为特征的退行性疾病，但现在被认为是一种复杂的“影响整个关节的疾病”[3]。除了软骨退化之外，滑膜炎症或滑膜炎已成为一个关键的病理特征，并且是临床症状的主要贡献者[30]。越来越多的证据表明，OA不仅仅是一种磨损和撕裂的情况，而是一种慢性、低度的炎症性疾病，在这种疾病中，滑膜炎

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杨青军：撰写——初稿，数据管理，概念化。徐一迪：撰写——审阅与编辑，撰写——初稿，资金获取，数据管理。詹阳：正式分析，数据管理。李建平：数据管理。彭瑞：软件。于波：项目管理，方法学。张雷：软件。梁贵宏：验证。邓鹏：监督。曹Houran：研究。韩艳红：方法学。黄泽鑫：验证。潘建科：可视化。江涛：

资助

本工作得到了广东省青年拔尖人才专项支持计划（0820250226）、国家自然科学基金（82502858, 82204811）、中医证候国家重点实验室（QZ2025ZZ21）、广州中医药大学（GZY2025GB0407, GZY2025GB0411）、广东省中医院（YN2024HK11）、广东省基础与应用基础研究基金（2025A1515012783, 2023A1515111064）等机构的支持

利益冲突声明

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