武汉大学张先正/黄翠【Bioact. Mater.】:通过双重工程仿生巨噬细胞纳米囊泡协同靶向衰老和衰老作用,缓解骨关节炎

研究背景

骨关节炎（Osteoarthritis, OA）是全球范围内导致慢性残疾的主要原因之一，尤其在老龄化人群中，其发病率不断增加。由于缺乏有效的疾病修饰疗法，OA给社会带来了日益沉重的经济负担。OA的发病机制涉及多种因素，包括肥胖、关节损伤和遗传因素，其中细胞衰老已被确认为关键的病理驱动因素。近年来的研究在OA软骨中发现了衰老的软骨细胞（senescent chondrocytes, sCDs）。这些细胞不仅失去了维持软骨稳态的能力，还会分泌一系列促炎性和分解性的因子，统称为衰老相关分泌表型（senescence-associated secretory phenotype, SASP）。这些因子会诱导周围细胞的继发性衰老，加速关节退化。尽管衰老细胞清除疗法（senolytics）在与衰老相关的疾病中显示出潜力，但它们面临诸多挑战：对细胞类型缺乏特异性、仅对某些衰老亚型有效，且无法中和复杂且异质性的SASP成分（例如IL-6、TNF-α、IL-1β）。这些局限性凸显了开发能够选择性清除sCDs并广泛抑制SASP的策略的必要性，以有效阻止OA的进展并恢复关节功能。

从机制上讲，衰老软骨细胞（sCDs）的存活和SASP分泌受到两条关键通路的调控：抗凋亡的BCL-2家族和促炎的NF-κB信号通路。在衰老细胞中，BCL-2蛋白（如BCL-xL、BCL-w）通过与促凋亡蛋白（如BAX或BAK）的BH3结构域结合，阻止细胞凋亡。BH3模拟物（如Navitoclax）能够阻断这种相互作用，从而促进衰老细胞的清除。与此同时，DNA损伤诱导的NF-κB激活会驱动慢性炎症和SASP的产生，进一步加速OA病理进程。尽管针对BCL-2和NF-κB的药理抑制剂在减少衰老细胞和SASP方面显示出一定效果，但系统性给药常导致非靶向毒性，且单一疗法无法同时解决凋亡抵抗和SASP异质性问题。这些挑战凸显了开发时空精准的双重靶向策略的必要性，以在sCDs中特异性抑制这两条通路，同时避免对健康组织造成损害。

近年来，基于超分子相互作用的无载体自组装纳米药物因其能够共载多种治疗药物而备受关注，被认为有望增强药物稳定性并实现协同疗效。与传统纳米载体相比，这些系统具有制备简单、药物载荷高以及“一体化”递送平台等优势。然而，诸如胶体稳定性差、清除速度快以及缺乏主动靶向能力等挑战限制了其临床转化。为解决这些限制，研究者开始探索外部修饰策略，其中细胞膜仿生纳米平台因其能够保留亲本细胞的抗原谱而备受关注。这种纳米平台能够实现免疫逃逸、延长循环时间、靶向递送以及炎症细胞因子中和。目前已开发出多种仿生系统，包括源自肿瘤细胞、白细胞、红细胞、血小板和巨噬细胞的系统。其中，巨噬细胞膜因其对炎症的趋向性和细胞因子拦截能力而受到重视，并已在动脉粥样硬化、牙周炎和OA等疾病中得到验证。利用巨噬细胞膜伪装的纳米囊泡实现炎症靶向递送和SASP中和，为OA管理提供了新的治疗范式。

特异性靶向sCDs对于最小化非靶向效应至关重要。然而，传统的衰老标志物（如p16INK4a、p21和衰老相关β-半乳糖苷酶（SA-β-gal））均为细胞内标志物，限制了其在靶向递送中的应用。近期，DPP4（一种在衰老WI-38成纤维细胞和软骨细胞表面表达的丝氨酸蛋白酶）的发现为选择性靶向sCDs提供了可能。与正常细胞相比，DPP4在衰老细胞（尤其是sCDs）表面显著过表达，为从外部精准靶向sCDs提供了巨大潜力。

主要研究内容

在本研究中，作者报告了一种整合了衰老细胞清除（senolytic）和衰老形态改变（senomorphic）活性的仿生巨噬细胞纳米囊泡（BS@MD），用于非手术治疗OA。

该纳米囊泡通过自组装方式将两种药物——硼替佐米（BTZ）和沙布托克司（Sab）共载于一体。BTZ是一种临床批准的蛋白酶体抑制剂，通过抑制IκB的降解来阻断NF-κB信号通路，从而减少SASP的产生和促炎细胞因子的释放。Sab是一种泛BCL-2家族抑制剂，通过拮抗抗凋亡蛋白（如BCL-2、BCL-xL和MCL-1）来促进衰老细胞的凋亡。BTZ和Sab的联合应用提供了一种双重衰老治疗策略，同时减轻SASP驱动的炎症并选择性清除衰老细胞。

为了实现靶向递送，研究者将BS纳米囊泡用经过工程改造的巨噬细胞膜包裹，并在其表面结合抗DPP4抗体，构建了BS@MD。这些膜能够通过过表达的细胞因子受体（如IL-6Rα、TNFR1和IL-1R1）广泛中和SASP，而抗DPP4抗体则保证了对sCDs的特异性结合。一旦被细胞内化，BS@MD会在酸性溶酶体环境中解体，释放药物，这些药物协同诱导sCDs凋亡并抑制SASP的产生，从而有效破坏衰老-炎症反馈环路。

在前交叉韧带切断（ACLT）诱导的OA小鼠模型和自然衰老的OA小鼠模型中，BS@MD能够增强关节保留，减少软骨退化和炎症，并促进软骨稳态。总体而言，本研究开创了一种双重衰老治疗策略，用于非手术治疗OA，并建立了一个模块化平台，未来可能适用于其他与衰老相关的疾病。

参考文献：

Peng W, Wang Z, Zhuang Z, et al. Synergistic targeting of senolytic and senomorphic action with dual-engineered biomimetic macrophage nanovesicles for mitigating osteoarthritis[J]. Bioactive Materials, 2026, 60: 20-39.