南昌大学程细高AHM | PPOD@CeCDs响应型平台精准拦截ROS炎症级联,助力椎间盘退变治疗

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椎间盘退变（IVDD）是下腰痛的主要病理基础，活性氧（ROS）过度积累引发的氧化应激-炎症级联反应是其核心致病机制。现有干预手段难以实现退变微环境靶向滞留与持续ROS清除。南昌大学医学院第二附属医院程细高研究团队构建PPOD@CeCDs响应型平台，通过动态共价水凝胶实现CeCDs稳定释放，精准拦截ROS炎症级联，为IVDD治疗提供新策略。相关成果以"A Pathological Microenvironment–Responsive Catalytic Carbon Nanodots Release Platform Intercepting the ROS–Inflammation Cascade to Alleviate Intervertebral Disc Degeneration"为题发表在Advanced Healthcare Materials上。

CeCDs与PPOD@CeCDs表征  水热法合成的CeCDs为类球形，分散性良好，平均粒径2.75±0.13 nm，HRTEM可见0.21 nm晶格条纹，对应石墨碳(002)晶面；Raman光谱ID/IG=1.15，兼具部分石墨化结构与表面缺陷；Zeta电位为+22.7±2.2 mV，胶体稳定性优良。

PPOD@CeCDs通过PP与OD的苯硼酸酯键和席夫碱键动态交联形成，SEM显示其具有均匀多孔三维网络，CeCDs均匀分散其中；FT-IR、XRD及XPS证实两种动态共价键共存，Ce以Ce³⁺（55.4%）和Ce⁴⁺（44.6%）混合价态稳定存在。

PPOD@CeCDs水凝胶性能  该水凝胶具有优良自修复性和可注射性，挤压后可快速原位成型；流变学测试显示，其储能模量（G′）始终高于损耗模量（G″），负载CeCDs后网络更强，且保留剪切变稀特性和抗疲劳性。

在模拟退变椎间盘环境（pH 6.5+1 mM H₂O₂）中，4h肿胀率达182.44±13.54%，8h达254.89±24.10%；7天内可实现近完全降解，CeCDs累计释放率达61.16±5.78%，而生理环境（pH 7.4）下释放量极低，实现微环境响应型控释。

生物相容性与酶促活性  CeCDs在≤100 μg/mL浓度下对NP细胞无细胞毒性，100 μg/mL时对100 μM H₂O₂诱导的细胞损伤保护效果最佳。PPOD@CeCDs与NP细胞、RAW264.7巨噬细胞共培养48h，细胞存活率维持在高水平，生物相容性优良。

酶促活性测试显示，PPOD@CeCDs的总抗氧化能力、SOD样、CAT样、POD样活性均显著优于PPOD和CeCDs单独使用，可高效清除O₂•⁻和•OH。

线粒体保护与ROS清除  100 μM H₂O₂诱导NP细胞ROS大量积累，PPOD@CeCDs可显著降低细胞总ROS和超氧阴离子水平；JC-1染色显示其可有效维持线粒体膜电位，抑制线粒体ROS爆发；TEM观察证实，其能最大程度保护线粒体结构完整，恢复嵴密度，切断线粒体损伤-ROS放大的正反馈循环。

巨噬细胞极化调控  LPS（1 μg/mL）诱导RAW264.7巨噬细胞M1极化，PPOD@CeCDs可显著降低TNF-α、IL-6水平，升高IL-10水平；下调M1标志物CD86、iNOS，上调M2标志物CD206、Arg-1；流式细胞术显示，其可将CD86⁺细胞比例降至6.96%，CD206⁺细胞比例升至58.4%，高效诱导巨噬细胞向M2修复型极化。

NP细胞微环境稳态重塑  H₂O₂诱导下，NP细胞SOD1、SOD2表达显著下调，Aggrecan、Col2a1表达降低，MMP3、MMP13表达升高；PPOD@CeCDs可完全恢复SOD1、SOD2表达，显著提升Aggrecan、Col2a1水平，抑制MMP3、MMP13过度表达，有效逆转基质代谢失衡，恢复细胞稳态。

转录组分析与机制验证  PCA和差异表达分析显示，PPOD@CeCDs可驱动退变NP细胞系统性转录重编程，共鉴定出2847个差异基因；KEGG和GSEA分析表明其主要调控PI3K-Akt、NF-κB等信号通路；Western blot证实，其可显著抑制PI3K、AKT、p65的异常磷酸化，阻断ROS介导的炎症信号传导。

体内治疗效果  大鼠尾椎穿刺IVDD模型中，PPOD@CeCDs处理后4周和8周，椎间盘高度指数（DHI%）接近假手术组，T2-MRI信号显著高于其他治疗组；体内荧光成像显示，其在椎间盘内可稳定保留21天，而游离CeCDs 14天即基本清除；生物力学测试表明，其可有效恢复椎间盘剪切强度和抗疲劳性能，接近正常水平。

体内组织学验证  组织染色显示，PPOD@CeCDs可显著保留NP结构和蛋白聚糖含量，改善AF排列紊乱；免疫组化证实，其可提升Aggrecan、SOD1表达，降低MMP13、CD86、p-p65水平，增加CD206阳性区域，显著降低椎间盘内ROS水平；主要脏器无病理损伤，血清生化指标正常，生物安全性良好。

总   结

PPOD@CeCDs通过动态共价水凝胶实现CeCDs稳定滞留与退变微环境响应型释放，精准拦截ROS炎症级联，调控巨噬细胞极化，恢复NP细胞稳态，为椎间盘退变提供了安全有效的新型治疗策略。

相关文献

Xiang Luo, Jiajun Xie, Fengxu Yan, Zhidong Peng, Chongzhi Pan, Yiming Hu, Jian Zhang, Changxiong Cai, Jinghong Yuan, Yang Li, Xinxin Miao, Dingwen He, Xigao Cheng. A Pathological Microenvironment–Responsive Catalytic Carbon Nanodots Release Platform Intercepting the ROS–Inflammation Cascade to Alleviate Intervertebral Disc Degeneration. Advanced Healthcare Materials (2026): e71151.

https://doi.org/10.1002/adhm.71151

通讯作者简介

程细高

博士，主任医师，教授，博士生导师。现任南昌大学第二附属医院党委委员、南昌大学第二附属医院骨科主任、南昌大学医院院长、江西省骨科研究所所长、南昌大学第二附属医院骨科博/硕士学位点负责人、南昌大学第二附属医院骨科教研室主任。

主持国家自然科学基金5项，省级重大科研项目15项，累计科研资助经费近1482.08万。主持的四项成果达“国际先进、国内领先”水平，其中一项2018年度江西省科技进步二等奖，2020年度江西省医学科技一等奖，两项江西省科技进步三等奖。