《Advanced Science》：Nanoparticle-Mediated Immunometabolic-Epigenetic Remodeling Enhances Schwann Cell-Macrophage Interaction for Sciatic Nerve Regeneration
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本研究揭示了一种仿生普鲁士白纳米粒（PW）通过重塑免疫代谢-表观遗传轴，促进神经再生的新机制。PW通过靶向己糖激酶2（HK2）抑制巨噬细胞糖酵解，增强脂肪酸β-氧化（FAO）和积累α-酮戊二酸（α-KG），进而激活Kdm4a/b介导的抑制性组蛋白标记H3K9me3在S100a4基因位点的去甲基化，驱动巨噬细胞向促再生的S100a4+亚型极化。这些被重编程的巨噬细胞分泌衣康酸（ITA），后者在炎症压力下有效支持雪旺细胞增殖，从而显著改善啮齿类和犬类坐骨神经损伤模型的功能与结构恢复。
在周围神经再生领域，如何实现对损伤微环境中免疫细胞代谢和功能的精确、持久调控，是临床转化面临的核心挑战。传统的药物递送策略常受限于快速降解和有限的生物利用度。本研究通过蛋白质介导的生物矿化方法合成了一种仿生普鲁士白纳米粒（PW），其平均直径约为200纳米，具备均匀的纳米胶囊形态和良好的结晶度。重要的是，这种纳米材料本身具有内在的生物活性，无需负载外源性药物。
PW促进坐骨神经损伤后的功能与结构恢复
研究首先在SD大鼠坐骨神经挤压伤模型中验证了PW的治疗效果。通过静脉注射Cy5.5标记的PW，显示其在损伤部位可维持长达14天的显著滞留信号，这为解决传统分子药物半衰期短的问题提供了纳米方案。在长达4周的观察期内，PW处理显著改善了动物的步态参数和坐骨神经功能指数，并缩短了热板试验中的缩爪潜伏期，表明运动和感觉功能均加速恢复。形态学与电生理分析进一步证实了PW的疗效：PW组大鼠的腓肠肌萎缩得到显著缓解；坐骨神经的组织结构更有序，髓鞘化轴突密度增加；复合肌肉动作电位振幅显著高于对照组，表明神经肌肉传导功能增强；高分辨率透射电镜显示，PW处理显著增加了髓鞘厚度并降低了g-ratio，这些都是成熟、功能性神经再生的标志。
单细胞转录组学揭示PW诱导的S100a4+巨噬细胞极化与ITA介导的雪旺细胞增殖
为了探究PW促进神经再生的细胞机制，研究对损伤后的坐骨神经组织进行了单细胞RNA测序。分析发现，PW处理显著改变了细胞组成：雪旺细胞的比例增加了2.2倍，而巨噬细胞的比例减少了55%。细胞间通讯分析显示，雪旺细胞与巨噬细胞的相互作用最为活跃。对巨噬细胞的亚群分析揭示了一个关键发现：PW处理后，表达修复标志物S100a4和Fn1的S100a4+巨噬细胞亚群比例显著增加，而表达主要组织相容性复合体II类分子（RT1-Da+/MHC-II+）、与抗原呈递和促炎性T细胞激活相关的巨噬细胞亚群比例则下降。进一步的多重免疫组化分析在空间层面验证了PW处理的神经中SOX10+雪旺细胞与S100a4+CD68+巨噬细胞数量同步增加。
关键的机制突破在于发现了巨噬细胞与雪旺细胞对话的代谢信使。研究发现，在炎症压力下，PW预处理的巨噬细胞分泌的上清液能恢复雪旺细胞的增殖能力，而PW直接处理雪旺细胞则无效，提示存在间接的细胞间通讯。对巨噬细胞分泌组的非靶向代谢组学分析发现，61种代谢物在PW组上调，其中衣康酸（ITA）的增加最为显著。功能实验证实，外源性补充ITA能有效恢复炎症条件下雪旺细胞的增殖，重现了S100a4+巨噬细胞条件培养基的效果。将体外分选出的PW诱导的S100a4+巨噬细胞过继转移到坐骨神经损伤大鼠体内，能够复制PW的治疗效果，显著增加雪旺细胞比例并富集修复性巨噬细胞池。相比之下，直接注射游离的ITA仅能产生短暂的疗效，凸显了纳米材料实现持续递送的必要性。
PW通过代谢重编程和表观遗传激活驱动S100a4+巨噬细胞极化
研究深入解析了PW重编程巨噬细胞的分子路径。COMPASS代谢流分析显示，PW处理显著增强了巨噬细胞对脂肪酸的摄取和脂肪酸β-氧化。然而，作为FAO典型终产物的乙酰辅酶A水平并未改变，提示代谢流可能被重新定向。非靶向代谢组学分析发现，PW处理的巨噬细胞在炎症刺激下，细胞内α-酮戊二酸（α-KG）显著积累。
早期的蛋白质组芯片分析已提示PW能抑制糖酵解通路。整合分析锁定己糖激酶2（HK2）——糖酵解的门控酶，是PW在巨噬细胞中的关键抑制靶点。表面等离子体共振和分子动力学模拟证实，PW能以高亲和力结合HK2的N端结构域。在体实验通过多重免疫组化也证实，PW给药在增加S100a4+巨噬细胞浸润的同时，降低了这些细胞内的HK2表达。功能上，PW阻断了炎症性巨噬细胞的葡萄糖摄取，细胞外通量分析显示，PW处理逆转了脂多糖诱导的线粒体呼吸抑制，并减弱了有氧糖酵解。
由于α-KG是含Jumonji C结构域的组蛋白去甲基化酶的关键辅因子，研究推测PW诱导的α-KG积累可能启动表观遗传重编程。非靶向蛋白质组学发现，能特异性催化抑制性组蛋白标记H3K9me3去甲基化的去甲基化酶Kdm4a和Kdm4b显著上调。虽然总组蛋白H3及其他修饰（H3K27me3， H3K4me3）水平未受影响，但脂多糖刺激显著提高了H3K9me3水平，而PW处理则大幅逆转了这种增加。通过切割标记靶标与标签化测序技术进行的全基因组H3K9me3占有谱分析显示，PW处理显著降低了H3K9me3在全基因组的结合，特别是在S100a4基因的启动子和外显子区域。染色质免疫沉淀定量PCR进一步证实，脂多糖诱导的S100a4和Fn1位点H3K9me3富集被PW有效缓解，同时基因表达得以恢复。这些发现将PW诱导的代谢重连与促再生巨噬细胞表型的表观遗传激活机制性地联系起来。
转化验证：犬类模型中的功能恢复
为了验证其临床转化潜力，研究在一个临床相关性更强的比格犬坐骨神经损伤模型中评估了PW的疗效。在为期4个月的治疗期内，PW表现出良好的生物相容性，血清生化指标未见显著异常。功能上，PW组动物的复合肌肉动作电位振幅显著高于对照组，表明神经传导功能恢复更佳。非侵入性超声成像显示，PW处理的神经横截面积和直径在2个月和4个月时进行性减小，提示水肿减轻、轴突压实和组织重塑加速。组织病理学评估进一步证实，PW处理的神经轴突排列更整齐，空泡化和纤维化瘢痕减少，髓鞘更均匀厚实。透射电镜超微结构分析显示，PW组髓鞘厚度显著增加，g-ratio相应降低，这些都是成熟、功能性髓鞘形成的标志。
综上所述，本研究阐明了一个协调的代谢-表观遗传轴：PW通过高亲和力结合HK2，抑制糖酵解通量，同时增强脂肪酸氧化，导致α-KG的积累。这一代谢转变为Kdm4a/b依赖的抑制性组蛋白标记H3K9me3在S100a4等关键再生基因位点的去甲基化提供了底物支持，从而驱动巨噬细胞向促再生的S100a4+表型极化。这些被重编程的巨噬细胞分泌ITA，直接支持炎症压力下的雪旺细胞增殖。这项研究超越了传统的“单靶点、递送中心”范式，提出了“材料介导的细胞重编程”新策略。PW本身作为具有内在生物活性的纳米调节剂，通过持续局部滞留和对核心代谢节点的直接靶向，协调了从代谢抑制、表观遗传激活到修复性旁分泌信号传递的整体级联反应，主动恢复了巨噬细胞-雪旺细胞之间必要的对话。该策略为治疗神经退行性和炎症性疾病提供了一个通用性平台。
