IF 16！纳米酶包被介导的巨噬细胞线粒体代谢重编程用于类风湿性关节炎病例免疫调节骨整合

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传统的钛 （Ti） 基种植体通常无法在伴有类风湿性关节炎 （RA） 的骨缺损中实现骨整合，这主要是由于 RA 病理微环境，其特征是活性氧 （ROS） 水平升高和缺氧。这种微环境诱导线粒体功能障碍和细胞内 Ca2+ 过载，促进巨噬细胞向 M1 表型极化，从而损害骨免疫调节骨整合。为了应对这一挑战，在 Ti 上构建了一种纳米酶启发的涂层，其特点是将 MnFe2O4 纳米颗粒沉积到聚多巴胺（PDA）装饰的微孔 TiO2 表面上（称为 MFO 涂层）。评估了涂层在体外和体内伴有 RA 的骨免疫调节骨整合，并研究了潜在机制。由于将 H2O2 有效转化为 O2 和强大的 ROS 清除能力，该涂层减轻了病理微环境诱导的线粒体 ROS 积累和细胞内 Ca2+ 过载，同时提高了细胞内 O2 水平，从而防止巨噬细胞细胞凋亡。同时，通过改善微环境，涂层通过 Ca2+-AMPK-mTOR 信号通路激活中度线粒体自噬，促进功能失调线粒体的去除，并保持线粒体的动力学和完整性。 结果，恢复的线粒体将其代谢途径从依赖厌氧重新编程为依赖有氧氧化磷酸化，促进巨噬细胞向 M2 表型极化，这不仅抑制破骨细胞生成，而且加速 RA 大鼠的骨整合。该涂层为钛基种植体设计提供了一种变革性的方法，用于治疗与炎症性疾病相关的骨缺损，有可能降低翻修手术的风险，并为患者提供持久的使用寿命。

创新点

1.本研究最核心的创新在于构建了一种集“催化产氧”与“活性氧清除”双重功能于一体的智能涂层体系，其创新性并非简单地将MnFe2O4纳米颗粒与聚多巴胺修饰的微孔TiO2表面进行物理复合，而是通过巧妙的材料设计与结构整合，使涂层能够主动响应并干预类风湿性关节炎特有的病理微环境。这种从“被动兼容”到“主动调控”的治疗策略转变，代表了对传统生物惰性种植体设计理念的一次重要突破。

2.研究在机制阐释层面展现了显著的深度创新，它没有停留在涂层改善骨整合的表观现象描述，而是深入解析了从微环境调控到细胞命运决定的完整信号链条。特别是，研究创新性地将“线粒体功能障碍”、“细胞内钙离子稳态”与“巨噬细胞表型极化”这三个关键节点通过Ca2+-AMPK-mTOR信号通路串联起来，并揭示了适度的线粒体自噬在其中所起的核心枢纽作用，这为理解骨免疫调节提供了全新的分子视角。

3.该工作的另一重要创新体现在研究范式的整合上，它成功地将纳米酶催化治疗、细胞代谢重编程（从无氧糖酵解到有氧氧化磷酸化）和免疫调控三大前沿概念有机融合于骨整合研究这一具体场景。这种跨领域的深度融合，不仅为解决RA伴随的骨缺损这一临床难题提供了具体方案，更开辟了一种通过调控细胞能量代谢来干预免疫反应继而促进组织再生的新研究范式。

思路延伸

1.该研究思路可进一步延伸至其他伴随严重炎症或代谢紊乱的骨修复场景。例如，针对糖尿病性骨质疏松或感染性骨缺损，其微环境同样存在氧化应激、酸性或高糖等特征，可以借鉴本思路，设计能够响应特定微环境信号（如低pH、高葡萄糖）的智能涂层，通过释放特定的酶或离子来中和病理因素，并调控局部免疫细胞代谢，从而创造适宜的成骨环境。

2.在材料体系拓展方面，可以探索除MnFe2O4之外的其他多元或单原子纳米酶体系，例如钴基、铈基纳米酶，或具有类过氧化氢酶、超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶多重模拟活性的复合材料，通过筛选和优化，寻找在特定病理浓度范围内催化效率更高、生物安全性更佳的纳米酶，并研究其催化产物（如O2, H2O）的局部浓度对细胞行为的精细调控作用。

3.向“动态响应”和“时序调控”更高阶的功能发展。当前涂层的作用模式相对静态，未来的延伸思路可集中于开发能根据炎症阶段变化而智能调整其功能侧重点的“自适应”涂层。例如，在植入早期炎症高峰阶段优先发挥强效抗氧化和抗炎功能，在中后期则转而持续提供促成骨分化信号，这种仿生的时序性治疗逻辑可能更符合组织愈合的自然进程，从而获得更佳的远期修复效果。

原文链接

Osseointegration in Rheumatoid Arthritis Case

ACS Nano ( IF 16 )

Pub Date : 2025-07-08

DOI: 10.1021/acsnano.5c07535

Shimeng Chen,  Xiaoqi Liu,  Wenhui Zhang,  Bo Li,  Fuwei Liu,  Yingang Zhang,  Yong Han