中国科学院化学研究所富勒烯团队：唾液酸化富勒烯纳米材料治疗类风湿性关节炎新策略

　　类风湿性关节炎是一种慢性炎症性自身免疫疾病，其病理特征为滑膜炎症和增生、骨侵蚀和软骨损伤、以及血管翳的形成。RA通常会导致严重的残疾以及随之而来的生活质量下降，给个人和社会带来沉重的负担。目前，治疗RA的主要方法是服用免疫抑制类药物，然而，免疫抑制剂存在较大的副作用，因此，仍需发展高效低毒地治疗RA 的新策略。研究表明，巨噬细胞和破骨细胞的异常增殖分化会引起关节腔内的免疫紊乱，并最终导致关节炎症和骨侵蚀。同时，活性氧ROS的异常增加会导致巨噬细胞和破骨细胞的异常分化。因此，设计靶向关节炎症部位的抗氧化剂，清除细胞内过多的ROS，调控巨噬细胞分化和破骨细胞生成，有望为治疗RA的药物开发提供新的方向。

　　基于富勒烯高效清除自由基的性质，中国科学院化学研究所/王春儒/李雪报道了一种利用唾液酸修饰的功能化C70富勒烯纳米材料（STMF）治疗类风湿性关节炎（RA）的新策略。STMF作为sialyl Lewis x (sLex)的类似物，能够特异性地与炎症血管内皮细胞上过表达的E-选择素结合，实现其在RA小鼠炎症关节部位的大量富集。STMF能够被巨噬细胞吞噬，高效清除细胞内活性氧，调控下游炎症信号通路，从而显著抑制巨噬细胞向M1型分化和破骨细胞生成。因此，STMF显著改善RA小鼠爪子的红肿，减轻小鼠关节的炎症，抑制骨侵蚀和软骨损伤，从而改善和治疗类风湿性关节炎（如图1）。该工作为类风湿性关节炎的治疗提供了新的思路。

　　图1. 炎症靶向性富勒烯纳米材料STMF抑制巨噬细胞和破骨细胞分化缓解RA的示意图。（图片来源：CCS Chemistry）

　　首先，利用Bingel反应和酰胺化反应制备STMF（如图2）。然后，采用傅里叶变换红外光谱、元素分析和X射线光电子能谱（XPS）对其结构进行了表征。通过透射电子显微镜（TEM）和原子力显微镜（AFM）观察了材料的微观形貌，其尺寸大约为18 nm。利用动态光散射（DLS）检测了STMF在水中的粒径大小，大约为93.8 nm。通过电子自旋共振（ESR）证明了STMF具有良好的清除ROS能力。

　　接下来，作者对STMF的靶向性进行了考察（图3）。通过分子对接模拟，揭示了STMF与E-选择素的结合能与其天然底物sLex相当，远小于TMF，说明STMF能够高效与E-选择素结合。体外细胞实验表明STMF能够特异性靶向炎症性血管内皮细胞。RA小鼠模型的结果表明STMF能够大量在RA小鼠的关节处富集，比TMF的富集量大。

　　图3. STMF的靶向性。（A）sLex、TMF和STMF与E-选择素的分子对接模拟。（B-C） STMF靶向LPS诱导活化的HUVEC上过表达的E -选择素。比例尺为30 μm。（D-E）正常小鼠和类风湿关节炎小鼠关节内TMF和STMF的富集情况。（F-G）正常小鼠和RA小鼠关节处E -选择素和STMF - Cy7切片染色及定量分析。比例尺为30 μm。（图片来源： CCS Chemistry ）

　　STMF可以被巨噬细胞吞噬，有效地清除细胞内过多的ROS，下调HIF-1α和p-p65信号通路，从而抑制M1巨噬细胞分化（如图4）。STMF能够调控细胞内氧化应激，下调Traf6的表达，使NF-κB通路失活，进而下调Nfatc1的表达，从而抑制破骨细胞生成（如图5）。

　　图4. STMF抑制巨噬细胞分化。（A） BMMs向M1巨噬细胞分化示意图。（B） M1巨噬细胞对TMF和STMF的摄取。比例尺为30 μm。（C）BMDMs的活性氧水平。比例尺为30 μm。（D）BMDMs的iNOS和F4/80荧光图像。（E-H）iNOS、HIF-1α、p-p65的蛋白表达及其定量分析。（I）STMF抑制M1巨噬细胞分化的机制示意图。（图片来源： CCS Chemistry ）

　　图5. STMF抑制破骨细胞分化。（A）BMMs分化为破骨细胞的过程示意图。（B-C）破骨细胞的TRAP染色和计数。比例尺为200 μm。（D）蛋白质组学中的差异蛋白（DEPs）富集分析。（E） DEPs的蛋白网络互作分析。（F-G）破骨细胞中Traf6、p-p65、Nfatc1、Ctsk、Fos、Src的蛋白表达及定量分析。（H） STMF抑制破骨细胞分化的机制示意图。（图片来源：CCS Chemistry）

　　采用胶原/佐剂诱导的DBA/1小鼠为RA模型，评价STMF的治疗效果（如图6）。结果显示，STMF有效减轻RA小鼠爪子肿胀，持续降低RA小鼠的关节炎评分和爪子厚度。同时，STMF不仅抑制M1巨噬细胞的分化，显著降低了促炎细胞因子的表达水平，改善滑膜炎症，还能减少RA关节的破骨细胞数量，减轻骨侵蚀，改善软骨和骨损伤。

　　图6. STMF对RA小鼠的疗效评价。（A） RA小鼠模型构建及治疗过程。（B）49天时小鼠的爪子图片。（C）小鼠关节炎评分随时间的变化。（D）小鼠爪子厚度随时间的变化。（E）小鼠踝关节处iNOS和F4/80荧光图像。比例尺为100 μm（F-G）小鼠血清中炎症因子TNF-α和IL-1β的表达水平。（H）小鼠踝关节的H&E、Safranin O-Fast Green和TRAP染色。比例尺为100 μm。（I）小鼠爪子的Micro-CT图像。（J）小鼠爪子处BS/BV、BV/TV、Tb.Th和BMD变化情况。（图片来源： CCS Chemistry ）

　　综上所述，本文发展了一种利用具有炎症靶向能力的STMF纳米材料抑制炎症巨噬细胞和破骨细胞分化来治疗RA的策略。STMF可以有效地靶向E -选择素，并在关节炎关节中大量积累。STMF被巨噬细胞吞噬后，清除细胞内的ROS，调节下游HIF-1α、p-p65、Traf6/Nfatc1等信号通路，最终抑制巨噬细胞向M1型巨噬细胞和破骨细胞分化。在动物实验中，STMF显著减轻小鼠爪子红肿，减少M1巨噬细胞和破骨细胞数量，减轻关节炎症、骨侵蚀和软骨损伤。该方法具有良好的治疗RA的效果，并且无明显的副作用，在治疗RA中具有较大的潜力。

　　中国科学院化学研究所富勒烯团队长期致力于富勒烯的基础和应用研究，课题组主要方向如下：

　　（1）富勒烯的制备与纯化。高纯度低成本富勒烯的批量化制备；富勒烯的纯化；富勒烯检测方法的构建以及相关标准的建立。

　　（2）富勒烯材料的功能化及其在生物医药领域中的应用。功能化富勒烯材料的设计合成；功能化富勒烯材料在治疗肿瘤、代谢性疾病、自身免疫性疾病等方面的应用研究；口服富勒烯通过调控肠道免疫治疗肿瘤、心血管疾病、神经退行性疾病、代谢性疾病、睡眠等的效果及机制研究。

　　今天，科技元素在经济生活中日益受到重视，中国迎来“科学技术爆发的节点”。科技进步的背后是无数科学家的耕耘。在追求创新驱动的大背景下，化学领域国际合作加强，学成归国人员在研发领域的影响日益突出，国内涌现出众多优秀课题组。为此，CBG资讯推出“人物与科研”栏目，走近国内颇具代表性的课题组，关注研究、倾听故事、记录风采、发掘精神。来稿请联系C菌微信号：chembeango101。

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