《Journal of Advanced Research》：Prussian blue nanozymes alleviate postoperative pain via upregulating endogenous SMOC2 secretion in dorsal root ganglion fibroblasts
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本文为解决术后疼痛非成瘾性治疗的临床难题，提出了一种“内源性镇痛”新策略。研究人员利用具有催化活性的普鲁士蓝纳米酶（PBzymes）外周注射，靶向作用于背根神经节（DRG）微环境，成功刺激成纤维细胞上调并分泌分泌性钙结合模块化蛋白2（SMOC2），从而特异性地缓解小鼠切口手术诱发的机械性痛觉超敏，而不影响热痛敏。该研究为开发长效、无阿片类药物依赖的术后镇痛疗法提供了全新的思路和实验依据。
手术后的伤口剧痛是许多患者挥之不去的梦魇。据统计，尽管接受了标准的镇痛方案，仍有高达20%至60%的患者会遭受术后疼痛的折磨。这不仅延缓了康复进程，还可能迁延为慢性疼痛，严重影响生活质量。目前，临床上严重依赖阿片类药物，但其成瘾风险高、易产生耐受性，且常伴有呼吸抑制、便秘等多种副作用，令医生和患者都面临两难选择。因此，寻找一种安全、长效且不成瘾的镇痛策略，已成为疼痛医学领域的迫切需求。
传统的药物递送纳米技术虽能改善药物靶向性，但其核心依然依赖于外源性小分子药物的药理活性，存在脱靶风险。近年兴起的“纳米酶”技术带来了新希望。这类纳米材料本身具备类似酶的催化活性，能够直接调控局部组织微环境，为从根源上调节疾病进程提供了可能。与此同时，科学家们对疼痛信号传递的“中转站”——背根神经节（Dorsal Root Ganglion， DRG）的认识也在不断深化。DRG不仅聚集着感知痛觉的神经元胞体，其内的非神经元细胞，尤其是成纤维细胞，被发现是疼痛发生过程中的“活跃分子”。其中，成纤维细胞分泌的分泌性钙结合模块化蛋白2（Secreted Modular Calcium-binding protein 2, SMOC2）被证实能够通过调节星形胶质细胞活性，持续抑制机械性疼痛。这启示我们：是否可以利用纳米材料，从外周精准“点亮”体内这根天然存在的“镇痛”信号通路，而不需要从外部“注射”镇痛药物？这正是《Journal of Advanced Research》近期发表的一项研究所探索的全新“内源性镇痛”策略。
为了开展这项研究，研究人员综合运用了多种关键技术方法。他们首先合成并系统表征了普鲁士蓝纳米酶（PBzymes）。在体内研究中，采用小鼠足底切口手术建立经典的术后疼痛模型。通过行为学测试（von Frey细丝测机械痛、Hargreaves测热痛）和先进的三维运动捕捉学习框架，全面评估了PBzymes的镇痛效果。在机制探索层面，利用背根神经节（DRG）的转录组测序筛选关键靶点，并通过实时定量PCR、蛋白质印迹（Western blotting）和免疫荧光等技术在组织和细胞水平进行验证。此外，研究还通过病毒介导的基因敲低（Knockdown）、鞘内注射外源性蛋白、以及全细胞膜片钳记录神经元电活动等技术，从功能上证明了SMOC2的必要性和充分性。细胞实验则使用了L929成纤维细胞系和原代DRG成纤维细胞培养模型。
研究结果如下：
PBzyme的设计与表征
研究通过改良水热法成功合成了普鲁士蓝纳米酶。电镜观察显示其为球形、大小均匀的单分散纳米颗粒，流体动力学直径约120.6 nm，表面带负电。通过拉曼光谱、X射线光电子能谱（XPS）等多种表征手段，确认了其典型的普鲁士蓝Fe-C≡N-Fe结构、良好的结晶性和介孔特性。
PBzyme缓解切口诱导的术后疼痛
行为学实验发现，单次足底注射75 μg/mL剂量的PBzymes，能够持续减轻切口手术引起的机械性痛觉超敏（使用0.07g和0.4g von Frey细丝测试），但对热痛敏没有影响。组织染色证实PBzymes可以从注射部位经由坐骨神经运输至DRG区域。三维运动分析进一步佐证了其镇痛效果，发现PBzyme治疗组小鼠与疼痛相关的“擦脸”和“僵直”行为显著减少。
PBzyme降低DRG神经元的超兴奋性
膜片钳记录结果显示，术后DRG神经元表现出超兴奋状态，而PBzyme处理能显著逆转这一现象。具体表现为，神经元静息膜电位发生超极化，诱发动作电位所需的电流阈值升高，神经元对去极化刺激的敏感性下降。这表明PBzyme在细胞功能层面直接抑制了痛觉信号的产生和传导。
PBzyme影响DRG细胞外基质活性
对DRG组织进行转录组测序分析发现，与单纯手术组相比，PBzyme处理组有292个基因表达发生显著变化。基因富集分析突出显示，差异基因显著富集于细胞外基质（Extracellular Matrix, ECM）相关的生物学过程和通路，提示PBzyme可能通过调控DRG的ECM微环境发挥作用。
PBzyme上调DRG中SMOC2的表达
在众多ECM相关基因中，研究人员将目光锁定在Smoc2上。定量PCR和蛋白质印迹均证实，75 μg/mL PBzyme能特异性上调DRG中Smoc2的mRNA和蛋白质水平。免疫荧光双标显示，SMOC2与成纤维细胞标志物PDGFRα共定位，明确了其细胞来源。
PBzyme增加成纤维细胞SMOC2的分泌
体外细胞实验表明，用PBzyme处理L929成纤维细胞系或原代DRG成纤维细胞，均能在一定时间内显著增加细胞培养上清液中SMOC2的浓度，同时Smoc2的mRNA表达也上调。细胞活性检测证实PBzyme在此浓度下无细胞毒性，说明其促进分泌的作用是功能性的，而非毒性应激所致。
敲低DRG中Smoc2消除了PBzyme的镇痛效应
为了证实SMOC2是PBzyme镇痛作用所必需的，研究使用重组腺相关病毒（AAV）向DRG内显微注射Smoc2短发夹RNA（shRNA），特异性敲低该基因表达。结果显示，敲低Smoc2后，PBzyme的镇痛效果完全消失，小鼠的机械痛敏行为、三维运动中的疼痛样行为以及DRG神经元的电生理超兴奋性均恢复至与单纯手术组相似的水平。这从“功能缺失”（Loss-of-function）角度证明了SMOC2的必要性。
外源性SMOC2足以产生镇痛效应
另一方面，研究人员通过鞘内直接注射重组SMOC2蛋白，发现其能有效模拟PBzyme的镇痛作用，同样选择性地缓解机械痛而不影响热痛。这一“功能获得”（Gain-of-function）实验证明，提升SMOC2水平本身即是产生镇痛效果的充分条件。
研究结论与讨论部分归纳如下：
本研究成功论证了一种全新的“内源性镇痛”策略。其核心在于，利用具有生物活性的普鲁士蓝纳米酶（PBzymes）作为“启动开关”，从外周靶向作用于背根神经节（DRG）微环境，刺激驻留的成纤维细胞上调并分泌内源性镇痛蛋白SMOC2，从而特异性地、长效地缓解术后机械性疼痛。该机制得到了多层次证据的严密支撑：PBzyme处理上调了SMOC2的表达与分泌；敲低Smoc2基因完全阻断了PBzyme的镇痛效应；而外源性补充SMOC2则能独立重现镇痛表型。
这一策略具有重要的科学意义和临床转化潜力。首先，它实现了从“递送外源药物”到“激发内源治疗”的范式转变。PBzyme作为纳米酶，其本身是催化调节剂而非药物载体，通过调动机体自身的镇痛系统发挥作用，避免了外源性强效药物带来的脱靶风险和全身副作用。其次，该疗法作用位点位于外周DRG，不直接作用于中枢神经系统，理论上可规避阿片类药物的中枢性副作用和成瘾性。再者，研究揭示的“成纤维细胞-SMOC2”通路为理解疼痛，特别是机械性疼痛的调控机制提供了新的视角。尽管研究存在一些局限，例如需要更长期的生物安全性评估、在人类细胞模型中的验证等，但它无疑为开发下一代非阿片类、长效、精准的镇痛疗法开辟了一条极具前景的新路径。
