近紅外光驅(qū)動(dòng)滑膜細(xì)胞代謝重編程治療類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎

文獻(xiàn)信息
吉林大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院分子酶學(xué)工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等團(tuán)隊(duì)的研究成果“Near-infrared light-driven metabolic reprogramming of synoviocytes for the treatment of rheumatoid arthritis”（近紅外光驅(qū)動(dòng)滑膜細(xì)胞代謝重編程治療類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎）在學(xué)術(shù)期刊《Nature Communications》（IF：15.7）上發(fā)表。平生公司的離活一體CT（NEMO）在論文中提供了重要的小鼠后爪圖像和定量分析結(jié)果。

該論文第一完成單位為吉林大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，博士生張虎剛為論文第一作者，李全順教授、韓浩博副教授為該論文的共同通訊作者。

文獻(xiàn)摘要
類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎是一種常見(jiàn)的自身免疫性疾病，其特征是慢性滑膜炎癥和關(guān)節(jié)破壞，主要由不平衡的細(xì)胞代謝和炎癥微環(huán)境驅(qū)動(dòng)。雖然基因治療提供了一種有前景的治療方法，但其有效性受到健康組織中非特異性基因表達(dá)挑戰(zhàn)的限制。在這里，作者開發(fā)了一種基因遞送系統(tǒng)（即APPC），其中近紅外（NIR）響應(yīng)的金納米棒被硫酸軟骨素修飾的聚乙烯亞胺包覆，以促進(jìn)血紅素加氧酶1（HO-1）基因的熱響應(yīng)靶向遞送。由于其靶向能力，APPC顯示出良好的轉(zhuǎn)染效率，并在NIR照射下顯著促進(jìn)HO-1的表達(dá)。APPC/pHO-1和NIR的組合可以有效地重新編程細(xì)胞代謝，使巨噬細(xì)胞和成纖維樣滑膜細(xì)胞復(fù)極化，從而通過(guò)抑制糖酵解來(lái)抑制炎癥。同時(shí)，APPC可以通過(guò)NIR介導(dǎo)的HSP70啟動(dòng)子的激活，特異性增強(qiáng)炎癥組織中HO-1的表達(dá)，通過(guò)光熱轉(zhuǎn)換確�；�因的精確表達(dá)。在膠原誘導(dǎo)關(guān)節(jié)炎模型中，NIR照射下的APPC/pHO-1納米復(fù)合物顯示出強(qiáng)大的治療效果，恢復(fù)了關(guān)節(jié)微環(huán)境的穩(wěn)態(tài)，減輕了類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的癥狀。這些發(fā)現(xiàn)凸顯了APPC/pHO-1納米粒子在類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎和其他炎癥性疾病基因治療中的潛力。

APPC/pHO-1納米顆粒對(duì)CIA小鼠的治療效果
將40只小鼠隨機(jī)分為8組（每組n=5），靜脈注射含有pHO-1的納米顆粒（劑量為0.5 mg/kg）。各組按如下方式處理：APP/pHO-1（w/w比為4.0）、APP/pHO-1/NIR（w/w比4.0）、APP/pHO-1/NIR（w/w比8.0）、APPC/pHO-1（w/w比8.0）和APPC/pHO-1/NIR（w/w比8.0）。注射后6小時(shí)，對(duì)發(fā)炎關(guān)節(jié)進(jìn)行近紅外照射（2 W/cm²， 5分鐘）。從初次免疫接種后21天開始，每?jī)商爝M(jìn)行一次治療，共六次。在治療期間，測(cè)量后爪厚度，并對(duì)小鼠的紅斑和腫脹進(jìn)行臨床評(píng)分，評(píng)分范圍為0至4。在第35天，對(duì)小鼠爪部進(jìn)行拍照采集圖像，并收集主要器官和關(guān)節(jié)進(jìn)行基因表達(dá)分析和組織病理學(xué)評(píng)估。

Micro-CT分析
佐劑誘導(dǎo)后的第35天，對(duì)小鼠實(shí)施安樂(lè)死。將小鼠的后爪解剖并在4%（w/v）多聚甲醛溶液中固定24小時(shí)。以35 μm各向同性分辨率掃描收集的后爪，并通過(guò)Micro-CT（NMC-200，平生醫(yī)療科技有限公司）進(jìn)行分析。使用Avatar軟件（v2.0.10.0,平生醫(yī)療科技有限公司）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行重建和分析。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果
顯微CT分析進(jìn)一步揭示了未經(jīng)治療的小鼠的嚴(yán)重骨侵蝕，而APP/pHO-1和APPC/pHO-1近紅外照射組可以減少骨損傷，改善異常骨化，恢復(fù)骨完整性，尤其是在APPC/pHO-1/NIR組（圖9c）。該組還發(fā)現(xiàn)了骨參數(shù)的改善，包括皮質(zhì)骨密度（BMD）、骨表面積與骨體積比（BS/BV）、骨小梁厚度（Tb.Th）和骨小梁間距（Tb.Sp），表明有效的骨保護(hù)和修復(fù)。

圖9 APPC/pHO-1納米顆粒在CIA小鼠模型中的治療效率。a CIA小鼠的治療策略。b關(guān)節(jié)炎誘導(dǎo)后第35天進(jìn)行拍照觀察，以評(píng)估爪部的腫脹嚴(yán)重程度。c佐劑誘導(dǎo)后第35天不同治療后關(guān)節(jié)炎小鼠的代表性顯微CT圖像。

使用結(jié)論
類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎是一種以慢性滑膜炎癥、關(guān)節(jié)破壞為特征的自身免疫性疾病，其發(fā)生發(fā)展與細(xì)胞代謝紊亂和炎癥微環(huán)境失衡密切相關(guān)。基因療法雖具潛力，但健康組織中基因的非特異性表達(dá)限制了其療效與安全性。為解決這一關(guān)鍵問(wèn)題，本研究構(gòu)建了APPC遞送系統(tǒng)：其核心為具有高效光熱轉(zhuǎn)換能力的金納米棒，表面包覆了硫酸軟骨素修飾聚乙烯亞胺。該體系能夠高效擔(dān)載熱誘導(dǎo)型HO-1質(zhì)粒，構(gòu)建具有CD44靶向能力的納米復(fù)合物，胞內(nèi)遞送后能夠降低胞外酸化率和耗氧率，逆轉(zhuǎn)細(xì)胞炎癥表型，降低炎癥因子釋放。將納米復(fù)合物通過(guò)尾靜脈注射到類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎動(dòng)物模型后，其能夠靶向富集于發(fā)炎關(guān)節(jié)組織處，通過(guò)NIR輻照實(shí)現(xiàn)HO-1基因在滑膜組織中的有效表達(dá)，進(jìn)而誘導(dǎo)滑膜細(xì)胞發(fā)生代謝重編程，緩解類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎動(dòng)物關(guān)節(jié)處腫脹、促炎因子分泌以及關(guān)節(jié)骨組織損傷等病理現(xiàn)象，展現(xiàn)出良好的治療效果。本研究不僅有助于深入理解類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎發(fā)生發(fā)展機(jī)制，同時(shí)也為基于合成生物技術(shù)及納米技術(shù)構(gòu)建高效、精準(zhǔn)、可控的基因治療策略搭建了良好的平臺(tái)，為其他代謝相關(guān)疾病的精準(zhǔn)治療提供了新思路。

使用設(shè)備

 Micro CT (型號(hào)：NEMO) (平生醫(yī)療科技)
 影像軟件：Avatar（平生醫(yī)療科技）