近日，重点实验室张还添教授团队与暨南大学附属第一医院查振刚教授、暨南大学化学与材料学院曾戎教授团队共同在Biomaterials发文，对骨关节炎OA的治疗提供了一条新的解决方案。该研究团队近期在Advanced Science杂志发表成果证实OA患者滑膜巨噬细胞M1极化较正常人滑膜组织明显增加。在此基础上，研究者在Biomaterials这篇文章证实通过仿生凋亡细胞膜的“eat me”信号，诱导、捕获并改造M1巨噬细胞，可实现关节炎症的抑制并延缓OA软骨的退变。这种“特洛伊木马”疗法为高效治疗OA开辟了一条新途径。
随着人口老龄化的加重，OA作为一种严重的退行性疾病，致残率较高，给社会、家庭及个体带来了沉重的负担及挑战。研究表明，OA是一种包括软骨退变、软骨下骨重塑、滑膜炎在内的，累及整个关节组织的疾病。尽管许多OA治疗方法已被探索并应用于临床，但由于OA机制的复杂性，目前尚无延缓OA进展的“治本”疗法。滑膜巨噬细胞是一种免疫细胞，已被证明在介导OA症状和进展中发挥关键作用。巨噬细胞的活化状态，如M1型炎症巨噬细胞的增加和/或抗炎M2亚型的减少，与软骨退变和OA严重程度高度相关。因此，通过工程纳米材料和药物直接清除M1型巨噬细胞或将M1型巨噬细胞重编程为M2亚型的方法，在缓解滑膜炎症和阻止OA发生和进展方面引起了广泛关注。
该研究首先发现，在人和小鼠骨关节炎（OA）滑膜中BRD4和iNOS阳性的M1巨噬细胞均存在高表达，二者具有较强的相关性。随后利用Lyz2-cre; BRD4flox/flox小鼠条件性敲除巨噬细胞中的BRD4，发现前交叉韧带横断（ACLT）诱导的M1巨噬细胞聚集和滑膜炎症得到显著缓解。
图1在骨关节炎滑膜标本中BRD4和M1巨噬细胞表达升高，其缺失可缓解创伤诱导的关节滑膜炎
而后，受凋亡小体结构启发，研究者构建了含磷脂酰丝氨酸（PS）的仿凋亡体纳米颗粒（PSLs），并在其中装载了BRD4的抑制剂JQ1，通过仿生凋亡细胞膜的“eat me”信号，诱导捕获并改造M1巨噬细胞。
图2靶向巨噬细胞BRD4的仿凋亡体纳米颗粒JQ1@PSLs制备及表征
同时，该团队也证实了JQ1@PSLs主要通过网格蛋白介导的内吞作用和微胞吞作用被巨噬细胞呈时间、浓度依赖性的摄入。通过LPS诱导RAW 264.7向M1巨噬细胞极化后抑制BRD4的活性，结果发现JQ1@PSLs可以抑制几种下游靶点如YAP1和HIF-1α的表达，并同时抑制了M1巨噬细胞极化及炎性细胞因子的表达。
图3 JQ1@PSLs能够被巨噬细胞摄入并调节巨噬细胞极化
为了进一步探讨JQ1@PSLs在体内膝关节内的滞留和生物分布，研究者以不同时间点的DiR作为指标。对8周龄小鼠行ACLT诱导外伤性膝关节炎，然后在关节内单次注射JQ1/DiR、PSLs/DiR、JQ1@PSLs/DiR。通过小动物活体成像技术表明PSLs的应用显著延长了JQ1或DiR在关节内的保留时间，并确定JQ1@PSLs/DiR在内脏和关节成分中的生物分布。在24 h时JQ1@PSLs/DiR可见于周围组织、股骨髁、半月板和胫骨平台。此外，在各组小鼠的肝脏中主要观察到高荧光信号，表明这些纳米颗粒可以通过滑液扩散、毛细血管和淋巴引流的过程从关节清除，随后在肝脏中排泄和解毒。
图4 JQ1@PSLs在体内膝关节内的滞留和生物分布
除此以外，研究者通过免疫荧光染色定位的方法，对M1巨噬细胞标记物iNOS和滑膜细胞标记物PDGFR-α进行标记，说明了JQ1@PSLs在体 内具有良好的巨噬细胞选择性靶向作用。随后按照单细胞测序结果，以巨噬细胞：滑膜细胞=1：4的比例将两种细胞用基质胶混合后共培养，结果表明在体外JQ1@PSLs依然表现出良好的靶向性。
图5 JQ1@PSLs在体外和体内对巨噬细胞具有良好的选择性靶向
由于关节疼痛是OA最突出的和致残的症状，研究者进行了MRI和矿场实验、von Frey疼痛实验、旋转实验等行为学测试，确定了JQ1@PSLs可以降低OA的疼痛敏感性。并通过对背根神经节（DRG）进行免疫荧光染色，发现JQ1@PSLs可以降低疼痛传导关键蛋白TRPA1的表达。
图6 JQ1@PSLs可以有效降低OA的疼痛敏感性
最后，研究者对小鼠进行ACLT骨关节炎造模并进行H&R、S/O、免疫组化、免疫荧光染色，结果发现骨性关节炎小鼠关节内注射JQ1@PSLs可以明显减轻滑膜炎评分、软骨退化和滑膜炎性巨噬细胞M1的极化，从而延缓骨关节炎进展。
图7 JQ1@PSLs对小鼠骨关节炎进展具有良好的缓解作用
综上所述，该合作团队通过采用临床样本、条件基因敲除鼠发现了BRD4通过滑膜巨噬细胞调控骨关节炎进展的潜力，并构建了仿凋亡体的纳米颗粒——JQ1@PSLs。旨在通过靶向抑制巨噬细胞BRD4的表达调节巨噬细胞的极化从而延缓骨关节炎进展，这种“特洛伊木马”疗法为高效治疗OA开辟了一条新途径。
重点实验室成员张还添教授为本文最后通讯作者。本研究得到了国家自然科学基金、广东省杰青项目、广东省区域联合基金重点项目、广州市科技计划项目和暨南大学附属第一医院临床前沿技术项目的资助。