糖尿病性牙周炎 (DPD) 的牙周组织再生受到过度氧化应激和适应性免疫功能障碍的恶性循环的阻碍。本研究利用临床样本、多组学分析和 DPD 大鼠模型，发现氧化应激与 CD4 细胞之间存在关联。+T细胞功能失调。这一过程的特征是活性氧（ROS）积累和Th17/Treg失衡，这可能导致进行性牙槽骨丢失。为了调节这一病理过程，我们设计了一种逻辑门控水凝胶-纳米颗粒混合系统，用于活性维生素D（AVD）的分级递送。该平台具有动态硼酸酯交联网络，可作为ROS响应开关。暴露于氧化微环境后，基质发生程序性降解以清除ROS，从而触发抗体功能化纳米颗粒的快速释放。这些纳米颗粒选择性地靶向CD4+ T细胞。+T细胞将AVD递送至细胞内，AVD在细胞内调节线粒体稳态和代谢信号通路，从而恢复T细胞的免疫稳态。免疫重置后，系统进入第二阶段，多孔铜基金属有机框架持续释放AVD和成骨铜。2+为了支持长期的骨骼重塑，该分层系统整合了氧化还原响应驱动、靶向免疫代谢调节和持续的骨免疫调节，为糖尿病性牙周炎的牙周再生提供了一种有前景的治疗策略。

该研究以题为“A logic-gated nanoplatform spatiotemporally orchestrates immunometabolic reprogramming and osteogenesis for diabetic periodontal regeneration”发表在Bioactive Materials上。

图1

设计一种ROS响应型水凝胶纳米平台（AVD@pCuMOF/BSA-AP）用于糖尿病牙周炎的免疫调节和牙周再生。

a AVD@pCuMOF/BSA-AP水凝胶的合成示意图，及其通过局部注射微创施用于牙周袋。b ROS响应型AVD@pCuMOF/BSA-AP水凝胶实现活性维生素D的顺序分级递送，精准靶向CD4⁺ T细胞并维持长期持续释放。通过清除ROS、调节CD4⁺ T细胞免疫稳态、支持成骨同时减弱破骨细胞生成，该平台改善氧化应激相关免疫失衡并支持糖尿病牙周炎的牙槽骨修复。

图2

糖尿病牙周炎中氧化应激升高、CD4⁺ T细胞功能障碍及牙槽骨丢失。

a 人牙龈组织采集及后续分析的工作流程示意图。

b 健康供体和糖尿病牙周炎患者牙龈组织中DHE染色（红色）的代表性免疫荧光图像。细胞核以DAPI（蓝色）染色。DHE，二氢乙锭；DAPI，4′,6-二脒基-2-苯基吲哚。比例尺，50 μm。

c 健康个体和糖尿病牙周炎患者牙龈组织中过氧化氢浓度的定量。

d 对照和2型糖尿病小鼠牙龈组织单细胞测序的示意图。

e, f 均匀流形近似与投影可视化显示主要细胞簇(e)和重新聚类的T细胞亚群(f)。

g T细胞亚群的相对细胞比例。黑色虚线框表示CD4⁺ T细胞比例。

h 牙龈CD4⁺ T细胞中DEGs的KEGG富集分析。KEGG，京都基因与基因组百科全书；DEGs，差异表达基因。

i 从对照和T2D小鼠脾脏分离CD4⁺ T细胞后进行bulk RNA-seq分析的示意图。

j 脾脏CD4⁺ T细胞中与细胞因子、

T细胞分化和T细胞耗竭相关的DEGs相对表达。

k 对照和DPD大鼠上颌牙槽骨的代表性三维显微CT图像及颊-腭截面视图。比例尺，2 mm。

l 对照和DPD大鼠牙龈组织的代表性DHE染色。比例尺，50 μm。

m 对照和DPD大鼠牙龈组织中Th17（IL-17A⁺）、Th1（IFN-γ⁺）和耗竭T细胞（CTLA-4⁺）CD4⁺ T细胞的流式细胞术分析。IL-17A，白细胞介素-17；IFN-γ，干扰素-γ；CTLA-4，细胞毒性T淋巴细胞相关蛋白4。

n 釉牙骨质界至牙槽嵴顶距离与T细胞亚群频率之间的Pearson相关性分析。

数据以均值±标准差表示。b-c中n=3名人类供体，i中每组n=3只小鼠，n中n=12只小鼠用于相关性分析。统计学显著性使用非配对双尾Student t检验确定。相关性分析使用Pearson相关。*P < 0.05视为有统计学显著性。

图3

AVD@BSA-mAb NPs、AVD@pCu-MOFs和AVD@pCuMOF/BSA-AP水凝胶的合成与表征。

a 负载AVD的单克隆抗体偶联牛血清白蛋白纳米颗粒合成示意图。

b BSA NPs的TEM图像。比例尺，500 nm。

c BSA NPs和BSA-mAb NPs的Zeta电位测量。

d BSA-mAb NPs中AVD的包封率和载药率。

e 考马斯亮蓝染色的SDS-PAGE分析确认抗体偶联。红色箭头，BSA；黑色箭头，CD4 mAb重链；白色箭头，CD4 mAb轻链。

f 代表性荧光显微镜图像显示BSA-mAb NPs与CD4⁺ T细胞的增强结合。细胞核以DAPI（蓝色）染色，纳米颗粒（BSA NPs和BSA-mAb NPs）以罗丹明B（RhB，红色）标记。比例尺，5 μm。

g 与AVD@BSA-mAb NPs共培养48小时后CD4⁺ T细胞的活/死染色图像。比例尺，200 μm。

h 负载AVD的多酚铜基金属有机框架合成示意图。

i pCu-MOFs的TEM图像。比例尺，100 nm。

j pCu-MOFs中AVD的包封率和载药率。

k, l XPS全谱(k)和高分辨Cu 2p谱图(l)。

m 通过DPPH、·OH和·O₂清除实验在100、200、300 μg/mL浓度下评估pCu-MOFs的抗氧化活性。

n 10 mM H₂O₂存在下pCu-MOFs的氧气生成动力学。

o AVD@pCuMOF/BSA-AP水凝胶制备示意图。

p pCuMOF/BSA-AP水凝胶的EDS元素分布图。比例尺，1 μm。

q 流变学分析显示pCuMOF/BSA-AP水凝胶在25°C下的剪切变稀行为（粘度vs.剪切速率1至50 s⁻¹）。

r pCuMOF/BSA-AP水凝胶的H₂O₂响应性降解曲线。

s, t 以VD3 (s)和RhB (t)为模型药物，pCuMOF/BSA-AP水凝胶在不同刺激下的释放动力学。

u 48小时后CD4⁺ T细胞和人牙龈成纤维细胞的活/死染色生物相容性评估。比例尺，25 μm或100 μm。数据以均值±标准差表示。所有实验独立重复三次（n=3）。

图4

AVD@pCuMOF/BSA-AP水凝胶的体外抗氧化和抗炎效果。

a 用于评估AVD@pCuMOF/BSA-AP水凝胶在HGFs中抗氧化活性的Transwell共培养系统示意图。

b, c HGFs中细胞内ROS水平（DCFH-DA）的流式细胞术分析(b)及定量(c)。

d JC-1染色评估线粒体膜电位的代表性免疫荧光图像（红色：聚集体/健康；绿色：单体/损伤）。HGFs中细胞核以Hoechst（蓝色）染色。比例尺，20 μm。

e JC-1聚集体与单体荧光比值的定量。f 代表性共聚焦图像显示HGFs中线粒体质量（Mito-Tracker，绿色）和线粒体超氧化物（MitoSOX，红色）。细胞核以Hoechst（蓝色）染色。

g HGFs中MitoSOX平均荧光强度的定量。比例尺，10 μm。

h 热图显示HGFs中抗氧化酶（SOD2、CAT和GPX1）的相对mRNA表达水平。SOD2，超氧化物歧化酶2；CAT，过氧化氢酶；GPX1，谷胱甘肽过氧化物酶1。

i HGFs中SOD2和CAT蛋白表达的蛋白质印迹分析。

j AVD@pCuMOF/BSA-AP抗炎效果示意图。

k ELISA定量HGF培养上清中炎症细胞因子（IL-1β、IL-6）。IL-1β，白细胞介素-1β；IL-6，白细胞介素-6。

l HGFs中促炎基因表达水平（IL-1β、IL-6和TNF-α）的热图。TNF-α，肿瘤坏死因子-α。

m HGFs中IL-6和IL-1β蛋白表达的蛋白质印迹分析。

n HGFs中TLR4表达（绿色）的代表性免疫荧光图像。细胞核：DAPI（蓝色）。TLR4，Toll样受体4。比例尺，50 μm。实验分组定义如下：I，Ctrl；II，HG+LPS；III，AVD；IV，AP水凝胶；V，pCuMOF/BSA-AP水凝胶；VI，AVD@pCuMOF/BSA-AP水凝胶。数据以均值±标准差表示。每组n=3个独立生物学重复。统计学显著性使用单因素方差分析及Tukey多重比较检验确定。*P < 0.05视为有统计学显著性。

图5

AVD@pCuMOF/BSA-AP水凝胶对CD4⁺ T细胞的转录组和代谢重编程。

a CD4⁺ T细胞处理和分析的工作流程示意图。

b DEGs火山图（AVD@pCuMOF/BSA-AP水凝胶处理vs. HG+LPS）。

c, d 通过GO (c)和KEGG (d)进行的功能富集分析。GO，基因本体论。

e CD4⁺FOXP3⁺调节性T细胞和CD4⁺IL-17A⁺ Th17细胞的流式细胞术分析。

f, g CD4⁺ T细胞中T细胞耗竭标志物CTLA-4 (f)和PD-1 (g)的流式细胞术分析。PD-1，程序性细胞死亡蛋白1。

h FOXP3⁺、IL-17A⁺、CTLA-4⁺和PD-1⁺ CD4⁺ T细胞频率的定量。FOXP3，叉头框P3。

i CD4⁺ T细胞线粒体质量（Mito-Tracker Green）和脂肪酸氧化酶CPT1A（红色）的代表性免疫荧光图像。细胞核以Hoechst/DAPI（蓝色）染色。比例尺，5 μm。

j Mito-Tracker和CPT1A平均荧光强度的定量。

k 示意图显示AVD@pCuMOF/BSA-AP水凝胶恢复CD4⁺ T细胞免疫稳态，伴随氧化应激降低和代谢重塑。实验分组定义如下：I，Ctrl；II，HG+LPS；III，AVD；IV，AP水凝胶；V，pCuMOF/BSA-AP水凝胶；VI，AVD@pCuMOF/BSA-AP水凝胶。数据以均值±标准差表示。每组n=3个独立生物学重复。统计学显著性使用单因素方差分析及Tukey多重比较检验确定。*P < 0.05视为有统计学显著性。

总结

糖尿病性牙周炎中氧化应激与CD4⁺T细胞功能失调形成恶性循环，表现为活性氧堆积和Th17/Treg失衡，导致牙槽骨进行性丢失。我们设计了一种逻辑门控水凝胶-纳米颗粒混合系统，以动态硼酸酯键作为活性氧响应开关。氧化微环境触发基质降解并清除活性氧，快速释放抗体功能化纳米颗粒，靶向CD4⁺T细胞递送活性维生素D，调节线粒体稳态和代谢信号，恢复免疫平衡。随后系统进入第二阶段，多孔铜基金属有机框架持续释放活性维生素D和铜离子，支持长期骨重塑。

该工作以“先免疫重置、后骨再生”的分级递送逻辑回应糖尿病牙周炎的氧化-免疫恶性循环，将材料响应性与细胞靶向治疗串联。未来可调整硼酸酯交联密度以匹配不同氧化程度，或优化纳米颗粒抗体密度提升T细胞选择性。该策略可拓展至其他免疫代谢紊乱相关的骨病，如类风湿关节炎或骨质疏松。铜离子的成骨与抗菌双重作用值得进一步挖掘。长期铜蓄积和重复给药的安全性需评估，但该分层设计为复杂微环境下的序贯治疗提供了可借鉴的框架。

参考文献：

DOI:10.1016/j.bioactmat.2026.08.051

我们专注纳米医学功能材料定制，可按实验需求定向开发，调控材料结构、粒径及表面修饰，配套全套表征，方案支持反复优化、全程技术对接，服务靶向递送、生物成像、纳米诊疗等科研项目，欢迎提供指标评估方案。张工17715390137     陈工18914047343