《Materials Today Bio》：Dual Regulation of Inflammation and Ferroptosis: An Injectable Hydrogel Targeting Macrophages for the Treatment of Temporomandibular Joint Osteoarthritis and Knee Osteoarthritis
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骨关节炎是一种常见的进行性炎症性退行性关节疾病，导致持续性疼痛与功能障碍。现有治疗难以阻断疾病进展，因此阐明分子机制并开发干预关键病理节点的局部靶向递药系统具有重要临床意义。研究人员基于甲基丙烯酰化透明质酸（Hyaluronic acid Methacrylo
骨关节炎是一种常见的进行性炎症性退行性关节疾病，导致持续性疼痛与功能障碍。现有治疗难以阻断疾病进展，因此阐明分子机制并开发干预关键病理节点的局部靶向递药系统具有重要临床意义。研究人员基于甲基丙烯酰化透明质酸（Hyaluronic acid Methacryloyl, HAMA）构建了新型可注射水凝胶递药系统（DA-HAMA），实现小分子药物乙酰精胺（Diminazene aceturate, DA）在骨关节炎关节腔内的局部缓释与靶向递送。研究首先通过生物信息学分析鉴定亚精胺/精胺N1-乙酰转移酶1（Spermidine/spermine N1-acetyltransferase 1, SAT1）为骨关节炎滑膜巨噬细胞中炎症与铁死亡的关键潜在靶点，并证实其抑制剂DA在体外有效抑制巨噬细胞炎症反应与铁死亡过程。为克服DA代谢快与靶向性差，研究人员制备DA-HAMA水凝胶，该系统兼具稳定载药、控释、随载药浓度调节力学性能及优良结构稳定性与生物相容性。在完全弗氏佐剂（Complete Freund's adjuvant, CFA）诱导小鼠膝骨关节炎与大鼠颞下颌关节骨关节炎（Temporomandibular joint osteoarthritis, TMJOA）模型中，关节腔内注射DA-HAMA显著减轻滑膜炎症、减少炎性细胞浸润、抑制软骨破坏并改善软骨下骨微架构；其疗效与滑膜巨噬细胞内诱导型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase, iNOS）下调及谷胱甘肽过氧化物酶4（glutathione peroxidase 4, GPX4）上调密切相关，证实体内抗炎抗铁死亡双重功能。综上，研究系统阐明DA通过抑制SAT1调控巨噬细胞炎症与铁死亡缓解骨关节炎的潜力，并成功开发适配关节环境的DA-HAMA水凝胶，为骨关节炎局部靶向治疗提供新策略。
研究背景方面，骨关节炎（Osteoarthritis, OA）作为一种常见进行性炎症性退行性关节疾病，以持续性疼痛与功能障碍为特征，现有治疗手段如关节腔注射、灌洗及物理治疗仅能缓解症状，难以阻断疾病进展，终末期常需关节置换且费用高昂。颞下颌关节骨关节炎（TMJOA）与其他部位OA共享软骨退变、软骨下骨改变及反应性滑膜炎等病理特征，且发病呈年轻化趋势。滑膜巨噬细胞在OA病理中居核心地位，其受刺激后产生炎症介质并发生铁积累，呼吸爆发致H2O2增多，经芬顿反应产生活性氧（Reactive Oxygen Species, ROS）诱发脂质过氧化与铁死亡，铁死亡释放碎片进一步放大炎症，形成持续关节内炎症恶性循环。亚精胺/精胺N1-乙酰转移酶1（SAT1）作为多胺代谢限速酶，在OA滑膜巨噬细胞中显著高表达，其异常活化耗竭底物、累积ROS并协同NF-κB等通路促炎，是潜在治疗靶点。乙酰精胺（DA）为SAT1抑制剂，但体内清除快、关节腔半衰期短、局部生物利用度低。为此，研究人员依托甲基丙烯酰化透明质酸（HAMA）光交联形成可注射水凝胶（DA-HAMA），兼顾透明质酸本身润滑关节与载体缓释、力学增强之利，开展靶点与递药系统双重研究。该研究发表于《Materials Today Bio》，意义在于从靶点发现、机制阐释、材料构建到两种OA动物模型验证，提供一套局部双重调控炎症与铁死亡的完整证据链与新干预思路。
关键技术方法上，研究人员整合人类OA滑膜单细胞测序数据集（GSE248453，重度痛4例与轻度痛4例）进行质控聚类与差异基因分析；借助DisGeNET、GeneCards、SwissTargetPrediction与PharmMapper预测DA与TMJ滑膜炎交集靶点，STRING与Cytoscape构建蛋白互作网络并以MCC算法筛核心靶；采用AutoDock Vina对DA与SAT1作分子对接；体外以LPS诱导RAW 264.7与小鼠原代骨髓源巨噬细胞（Bone marrow-derived macrophages, BMMs）炎症模型，结合转录组测序、Western blot、RT-qPCR、免疫荧光、DCFH-DA/MitoSOX/DHE/BODIPY-C11探针及电镜评价炎症与铁死亡；材料端通过紫外光聚合制备0、50、200 μM DA-HAMA，利用SEM、FTIR、流变、溶胀降解与体外释药表征；体内采用8周雄性C57BL/6小鼠CFA膝OA（20 μL关节腔注射，每3天给药共4次）与8周雄性SD大鼠CFA双TMJOA（50 μL双侧注射，于第7天与第14天取材），以Micro-CT、H&E、S&F染色、OARSI与滑膜炎评分及iNOS/GPX4免疫组化评价疗效。
研究结果部分，3.1节生物信息学提示SAT1可作为抑制OA滑膜巨噬细胞炎症的关键靶点：单细胞分析显示OA组SAT1+巨噬细胞比例（41.37%）显著高于正常组（23.09%），KEGG富集于炎症、细胞死亡与铁死亡；DA与SAT1对接结合能-9.154 kcal/mol，DA与OA交集靶76个，CCK-8确定10、20 μM为安全有效浓度。3.2节DA有效抑制巨噬细胞炎症：LPS刺激升Tnf、Il1b、Nos2 mRNA，DA浓度依赖降iNOS蛋白；转录组与GSEA显示DA抑TLR/NF-κB、MAPK通路及巨噬细胞趋化，Western blot证DA抑JNK/ERK/p38/p65磷酸化。3.3节DA改善巨噬细胞氧化应激与铁死亡：DA降总ROS、线粒体超氧（MitoSOX）、超氧阴离子（DHE）及NO（DAF-FM），抑BODIPY-C11脂质过氧化；RT-qPCR与WB示DA降Acsl4、升Gpx4，透射电镜见线粒体嵴形态改善。3.4节DA-HAMA水凝胶制备与表征：UV固化成胶，SEM示载药组孔壁增厚，溶胀率略降、降解行为不变，释药呈“先快后缓”至30天；FTIR证DA-HAMA氢键相互作用；流变显示存储模量G′高于损耗模量G″，高载药（200 μM）G′最高，力学随DA浓度增强。3.5节DA-HAMA改善小鼠膝OA：CFA致软骨下骨吸收与软骨侵蚀，水凝胶升BV/TV与Tb.N、降Tb.Sp，Synovitis与OARSI评分下降，滑膜iNOS↓、GPX4↑。3.6节DA-HAMA治疗大鼠TMJOA：第14天较第7天修复更显，高剂量改善BV/TV、Tb.N、Tb.Sp、Tb.Th四项参数，CD68+巨噬细胞内iNOS共定位减弱、GPX4上调，呈浓度与时间依赖。
讨论部分总结指出，SAT1高表达定位于OA滑膜巨噬细胞，DA经抑SAT1同时阻断MAPK/NF-κB炎症轴与ACSL4-GPX4介导的铁死亡轴，破解“炎症—ROS—铁死亡—炎症”环路；HAMA水凝胶以光交联封装DA，不改变多孔结构与降解却提升交联密度与G′，实现关节腔“早期突释+后期缓释”及力学适配；在小鼠膝与大鼠TMJ双模型中，局部注射即改观软骨下骨微架构、滑膜炎症分级与软骨基质保存，且TMJ因力学环境不同仍显效，提示该策略跨关节通用。结论部分翻译如下：本研究成功开发负载SAT1抑制剂DA的光固化HAMA水凝胶递送系统，并系统探究其对OA的治疗效力与机制。材料表征揭示DA掺入未改变水凝胶多孔结构、降解行为与流变属性，具优良结构完整性与稳定性。体外证实水凝胶释放的DA抑制巨噬细胞炎症与铁死亡。在CFA诱导小鼠膝OA与大鼠TMJOA中，关节腔注射显著缓解滑膜炎症、改善软骨下骨破坏、提升BV/TV与Tb.N等微结构参数并降低组织学评分；免疫荧光进一步确认其通过调节滑膜巨噬细胞iNOS与GPX4表达实现抗炎抗铁死亡协同。该系统具备稳定性与靶向调控力，通过改善关节微环境延缓OA进展，为OA治疗提供有前景的材料学方案。
