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  骨關(guān)節(jié)炎（OA）患者的關(guān)節(jié)軟骨組織會發(fā)生不受控制的惡性退化。因此，各種具有抑制軟骨細(xì)胞凋亡、改善軟骨細(xì)胞合成代謝、誘導(dǎo)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞軟骨分化和減少軟骨磨損功能的治療策略被開發(fā)以保護(hù)或再生軟骨組織。然而，持續(xù)炎癥引發(fā)的滑膜炎是另一個不容忽視的重要病理特征。巨噬細(xì)胞是滑膜中最豐富的免疫細(xì)胞，通過在M1和M2之間切換免疫表型，影響各種細(xì)胞反應(yīng)和生物過程。在這種情況下，過度激活的滑膜巨噬細(xì)胞（M1 型）會在關(guān)節(jié)部位主導(dǎo)許多促炎細(xì)胞因子和分解因子的分泌，包括腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、環(huán)氧化酶-2（COX-2）、誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（iNOS）、前列腺素 E2（PGE2）和基質(zhì)金屬蛋白酶（MMPs）。這些介質(zhì)的產(chǎn)生會誘導(dǎo)細(xì)胞外基質(zhì)降解和軟骨細(xì)胞功能障礙，從而加劇 OA 的進(jìn)展。因此，可通過調(diào)節(jié)免疫微環(huán)境來極化激活的巨噬細(xì)胞，減少炎性細(xì)胞因子的分泌，從而實現(xiàn)對OA的綜合治療。

  菠蘿蛋白酶（Bro）是一種從菠蘿根莖中提取的天然產(chǎn)品，已被用于治療不同的炎癥性疾病，如骨關(guān)節(jié)炎、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎和哮喘。Bro 通過抑制巨噬細(xì)胞中的核轉(zhuǎn)錄因子-κB（NF-κB）和絲裂原活化蛋白激酶（MAPKs）信號通路，具有強(qiáng)大的抗炎作用和巨噬細(xì)胞極化能力。同時，Bro 還能通過調(diào)節(jié)COX-2的表達(dá)，阻止花生四烯酸轉(zhuǎn)化為前列腺素，從而發(fā)揮鎮(zhèn)痛作用。然而，Bro 的高分子量和親水性使其具有膜不滲透性，難以被靶細(xì)胞吞噬，因此在生物體內(nèi)的治療活性有限。幸運的是，幾種具有巨噬細(xì)胞極化和自然殺傷（NK）細(xì)胞增殖特性的含磷樹狀大分子被報道作為高效、安全的載體用于細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)傳遞。特別是亞磷酸鈉鹽末端的含磷樹狀大分子可放大所遞送蛋白質(zhì)的生物活性，同時協(xié)同載體固有的抗炎活性。由于不對稱陽離子含磷樹狀大分子表現(xiàn)出優(yōu)越且未受損的基因壓縮和傳遞特性，因此他們假設(shè)含磷樹狀大分子的結(jié)構(gòu)不對稱性可能影響蛋白質(zhì)的細(xì)胞內(nèi)傳遞效率，從而改善疾病的治療效果。

  為了解決以上問題，東華大學(xué)沈明武研究員/史向陽教授團(tuán)隊與法國國家科學(xué)研究中心Jean-Pierre Majoral院士團(tuán)隊合作設(shè)計和合成了一種不對稱型亞磷酸鈉鹽末端的含磷樹狀大分子（G0.PD-ABP），并分析其與對稱型含磷樹狀大分子（G0.PD）之間的抗炎和蛋白質(zhì)遞送性能差異。此外，這種不對稱型含磷樹狀大分子G0.PD-ABP作為增強(qiáng)Bro細(xì)胞內(nèi)遞送的載體，通過抑制巨噬細(xì)胞內(nèi)相關(guān)炎癥信號通路的激活來誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞向M2極化，并抑制軟骨細(xì)胞凋亡，實現(xiàn)OA的抗炎和軟骨保護(hù)治療（圖1）。

圖1. G0.PD-ABP/Bro的制備和治療機(jī)制示意圖。

  研究團(tuán)隊利用核磁共振氫譜和磷譜證明了G0.PD-ABP的成功合成（圖2A）。兩種含磷樹狀大分子（G0.PD和G0.PD-ABP）均顯著下調(diào)TNF-α的mRNA表達(dá)水平并上調(diào)IL-10的mRNA表達(dá)水平，但兩者之間沒有顯著差異（圖2B）。流式細(xì)胞術(shù)結(jié)果顯示，兩種含磷樹狀大分子均能抑制激活的巨噬細(xì)胞中CD86的表達(dá)并促進(jìn)CD206的表達(dá)，但兩種含磷樹狀大分子誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞向M2極化的能力沒有顯著差異，進(jìn)一步表明結(jié)構(gòu)不對稱性并沒有增強(qiáng)含磷樹狀大分子的免疫調(diào)節(jié)活性（圖2C-D）。

圖2.（A）G0.PD和G0.PD-ABP的化學(xué)結(jié)構(gòu)式。（B）G0.PD和G0.PD-ABP處理LPS激活的RAW264.7細(xì)胞中TNF-α和IL-10 mRNA表達(dá)水平的變化。（C-D）G0.PD和G0.PD-ABP對LPS激活的RAW264.7細(xì)胞中CD86和CD206表達(dá)影響的流式細(xì)胞術(shù)結(jié)果。

  研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，G0.PD和G0.PD-ABP可以與Bro復(fù)合成穩(wěn)定的納米顆粒（圖3A-C），其中G0.PD-ABP與Bro形成的納米顆粒呈現(xiàn)均勻分布的球形，大小為148.4 nm（圖3D）。所形成的G0.PD/Bro和G0.PD-ABP/Bro納米顆粒具有良好的細(xì)胞相容性（圖3E），并能改善Bro的細(xì)胞內(nèi)遞送效果（圖3F）。其中，不對稱型的G0.PD-ABP細(xì)胞內(nèi)遞送Bro的能力顯著高于對稱結(jié)構(gòu)的G0.PD（圖3F-G）。G0.PD-ABP/Bro介導(dǎo)Bro細(xì)胞內(nèi)遞送是時間依賴性的，并通過網(wǎng)格蛋白和巨胞飲介導(dǎo)的內(nèi)吞途徑內(nèi)化至細(xì)胞內(nèi)（圖3H-I）。

圖3.（A）G0.PD或G0.PD-ABP與Bro絡(luò)合示意圖。（B-C）Bro、G0.PD/Bro和G0.PD-ABP/Bro的DLS結(jié)果。（D）G0.PD-ABP/Bro的TEM圖像。（E）Bro、G0.PD/Bro和G0.PD-ABP/Bro對RAW264.7細(xì)胞活力的影響。（F-G）Bro、G0.PD/Bro和G0.PD-ABP/Bro處理的RAW264.7細(xì)胞后細(xì)胞內(nèi)的熒光強(qiáng)度的流式細(xì)胞術(shù)和CLSM結(jié)果。（H）G0.PD-ABP/Bro處理細(xì)胞不同時間后細(xì)胞內(nèi)的相對熒光強(qiáng)度。（I）不同內(nèi)吞抑制劑預(yù)處理對細(xì)胞攝取G0.PD-ABP/Bro效果的影響。

  研究團(tuán)隊分析了G0.PD-ABP/Bro對巨噬細(xì)胞表型的調(diào)節(jié)作用以及抗炎活性。流式細(xì)胞術(shù)結(jié)果顯示，G0.PD-ABP/Bro表現(xiàn)出優(yōu)于G0.PD/Bro的巨噬細(xì)胞表型調(diào)節(jié)能力，這可能得益于不對稱性的含磷樹狀大分子具有更好的Bro遞送效果（圖4A-C）。同時，G0.PD-ABP/Bro可以抑制促炎性細(xì)胞因子TNF-α和促進(jìn)抗炎細(xì)胞因子IL-10的分泌（圖4D），同時抑制炎癥介質(zhì)一氧化氮的產(chǎn)生（圖4E），這種優(yōu)異的抗炎活性主要來源于納米藥物對NF-κB、COX-2和iNOS等炎癥信號通路的抑制作用（圖4F）。重要的是，由于G0.PD-ABP/Bro處理的巨噬細(xì)胞可分泌大量的生長因子和抗炎因子，其來源的條件培養(yǎng)基有助于抑制軟骨細(xì)胞的凋亡（圖4G-H）。

圖4.（A-C）不同材料處理后巨噬細(xì)胞極化的流式細(xì)胞圖。（D）檢測不同材料處理后細(xì)胞上清液中的TNF-α和IL-10的表達(dá)水平。（E）檢測不同材料處理后細(xì)胞上清液中NO的表達(dá)水平。（F）WB檢測不同處理后細(xì)胞內(nèi)iNOS、COX-2和p-p65的表達(dá)水平；（G-H）不同條件培養(yǎng)基處理后軟骨細(xì)胞的凋亡和壞死情況。

  研究團(tuán)隊通過構(gòu)建小鼠OA模型驗證G0.PD-ABP/Bro的體內(nèi)治療效果（圖5A）。在圖5B-C中，番紅-O-固綠和MMP-13染色結(jié)果顯示G0.PD-ABP/Bro治療后可以抑制軟骨組織降解，表現(xiàn)為軟骨層增厚、番紅-O-固綠染色均勻、基質(zhì)金屬蛋白酶MMP-13的表達(dá)降低，其治療效果優(yōu)于G0.PD/Bro。另外，OA小鼠的炎性膝關(guān)節(jié)的Micro-CT結(jié)果顯示，G0.PD-ABP/Bro治療組的軟骨和骨侵蝕程度明顯得到改善，軟骨表面完整光滑，結(jié)構(gòu)恢復(fù)至正常小鼠水平（圖5D）。Micro-CT的定量結(jié)果進(jìn)一步支持了這一發(fā)現(xiàn)（圖5E-G）。

圖5.（A）OA小鼠模型的體內(nèi)治療方案；（B）不同治療后小鼠炎癥膝關(guān)節(jié)的番紅-O-固綠染色。（C）不同治療后小鼠炎癥膝關(guān)節(jié)的MMP-13免疫熒光切片染色；（D-G）不同治療后小鼠炎癥膝關(guān)節(jié)的Micro-CT成像圖以及BV/TV、BMD、Tb.Th定量結(jié)果。

  滑膜區(qū)的iNOS和CD206染色結(jié)果顯示G0.PD-ABP/Bro成功誘導(dǎo)滑膜巨噬細(xì)胞向M2表型極化，這表現(xiàn)為降低的紅色熒光信號和增強(qiáng)的綠色熒光信號（圖6A）。這種M2巨噬細(xì)胞極化能力有效緩解OA炎癥膝關(guān)節(jié)部位的滑膜炎，降低滑膜厚度，炎癥細(xì)胞浸潤減少（圖6B-C）。不同治療組小鼠血清的ELISA檢測結(jié)果進(jìn)一步證實了G0.PD-ABP/Bro杰出的抗炎活性（圖6D）�？偟膩碚f，這種不對稱含磷樹狀大分子基的Bro遞送系統(tǒng)可以通過巨噬細(xì)胞重編程成功實現(xiàn)在OA小鼠模型中的抗炎和軟骨保護(hù)治療。

圖6.（A）不同材料治療后OA小鼠滑膜區(qū)域的iNOS和CD206免疫熒光染色結(jié)果。（B）不同材料治療后OA小鼠滑膜區(qū)域的H&E染色結(jié)果和（C）滑膜炎評分。（D）不同材料治療后OA小鼠血清中各種細(xì)胞因子的表達(dá)水平。

  簡而言之，該研究設(shè)計的基于不對稱含磷樹狀大分子的Bro遞送平臺具有多個優(yōu)勢：1）闡明含磷樹狀大分子的結(jié)構(gòu)不對稱性在蛋白質(zhì)傳遞中的作用；2）利用G0.PD-ABP提高Bro的胞內(nèi)遞送效率；3）整合G0.PD-ABP和Bro固有的免疫調(diào)節(jié)特性實現(xiàn)OA的有效抗炎和抗軟骨凋亡治療。本研究強(qiáng)調(diào)了含磷樹狀大分子的結(jié)構(gòu)不對稱性在蛋白質(zhì)傳遞中的積極貢獻(xiàn)，并為通過增強(qiáng)巨噬細(xì)胞的免疫調(diào)節(jié)治療OA或其他炎癥性疾病提供了可行的策略。

  以上研究成果以“Asymmetric bioactive phosphorus dendrimers deliver bromelain for enhanced anti-inflammation and chondroprotection therapy of osteoarthritis”為題，在線發(fā)表于國際著名期刊Chinese Chemical Letters (DOI: 10.1016/j.cclet.2025.111446)。東華大學(xué)生物與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院沈明武研究員、史向陽教授和鄒瑜（博士后）為共同通訊作者，東華大學(xué)博士生孫虎嘯和博士生李錦為共同第一作者。該工作得到了國家重點研發(fā)計劃項目、國家自然科學(xué)基金項目、上海市科委項目、中國-中東歐國家聯(lián)合教育項目、中央高�；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金-東華大學(xué)研究生創(chuàng)新基金資助等項目的資助。

  文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cclet.2025.111446