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在这篇文章中，研究者们开发了一种新型的抗氧化纳米颗粒（C-PPS/C），通过修饰的肽（CAQK）共同递送姜黄素（Cur），以调节创伤性脑损伤（TBI）后的氧化和神经炎症失调。研究表明，C-PPS/C纳米颗粒能够有效清除过量的活性氧（ROS），抑制炎症反应，保护血脑屏障，减少急性脑水肿，并促进长期神经功能恢复，展示了其在TBI治疗中的潜在应用前景。
1. CAQK修饰的C-PPS/C纳米颗粒能有效穿过血脑屏障，靶向蓄积于脑损伤区域，并清除活性氧、释放药物，从而发挥治疗作用
研究开发了半胱氨酸-丙氨酸-谷氨酰胺-赖氨酸（CAQK）肽修饰的纳米颗粒用于递载姜黄素（C-PPS/C）以治疗创伤性脑损伤（图1）。CAQK肽修饰可促进C-PPS/C纳米颗粒穿透血脑屏障，并识别损伤脑组织中硫酸软骨素蛋白多糖的高表达，从而在损伤部位实现靶向蓄积。C-PPS/C的疏水核由聚丙烯硫醚（PPS）构成，其作为硫醚能够与活性氧发生反应并清除活性氧。当纳米颗粒在损伤脑组织中富集后，PPS核可响应并清除活性氧，同时释放姜黄素发挥神经保护作用。该体系能打破创伤性脑损伤后“活性氧-神经炎症”的恶性循环，通过调控氧化与炎症微环境改善脑损伤预后。这一新型策略为创伤性脑损伤治疗提供了潜在的治疗方案。因此，CAQK纳米颗粒可靶向递送药物至脑损伤区，并通过“清除活性氧-释放药物”的机制发挥治疗作用。
图1 C-PPS/C纳米颗粒治疗创伤性脑损伤的示意图
2. C-PPS/C 的制备与表征
首先，作者成功制备的C-PPS、C-PLGA/C及C-PPS/C纳米颗粒粒径均一、呈球形且电位相似，表明纳米颗粒已成功构建 (图2A-C)。在加入H₂O₂后，C-PPS和C-PPS/C的粒径因PPS核心的ROS响应性降解而显著增大并出现双峰，而C-PLGA/C的粒径则保持稳定，这验证了PPS材料特有的ROS响应特性 (图2D)。透射电镜结果直接观察到C-PPS/C纳米颗粒在H₂O₂作用下结构被破坏，进一步证实了其可发生ROS响应性降解 (图2E)。释放实验表明，C-PPS/C能在ROS条件下实现Cur的快速释放，而缺乏ROS响应性的C-PLGA/C则在两种条件下释放效率均较低，证明了C-PPS/C具备ROS触发的药物释放能力 (图2F, G)。综上所述，以PPS为核心的纳米颗粒具备良好的ROS响应性降解及药物释放能力。
图2.纳米粒子的制备与表征
3. C-PPS/C纳米颗粒在体外具有抗氧化作用
C-PPS/C纳米颗粒在两种神经细胞中均表现出最强的清除ROS能力，这体现在荧光探针检测结果显示其能最有效地降低H2O2诱导的ROS水平（图3A, B），而流式细胞术的定量分析进一步证实了该结果，显示C-PPS/C组的ROS荧光强度显著低于其他各组（图3C, D）。总之，C-PPS/C纳米颗粒在细胞水平具有卓越的抗氧化功效。
图3.C-PPS/C纳米颗粒在体外具有抗氧化作用
4. C-PPS/C纳米颗粒靶向递送至TBI部位
体内外成像分析表明，CAQK修饰的纳米颗粒在创伤性脑损伤（TBI）小鼠脑部显示出更强的荧光信号，证明其能更有效地穿过血脑屏障并在损伤区域富集 （图4 A-D） 。器官分布研究进一步揭示，该靶向纳米颗粒因其在脑部的特异性积累，导致在肝脏和肾脏中的分布量相对减少 （图4 E, F） 。此外，药代动力学数据显示，将姜黄素封装成纳米颗粒能显著延长其血液循环时间，而CAQK表面修饰并未改变纳米颗粒本身的体内清除速率 （图4 G） 。综上所述，CAQK修饰能赋予C-PPS/C纳米颗粒高效的脑损伤靶向能力，同时优化其体内分布并延长药物作用时间。
图4.C-PPS/C纳米颗粒的药代动力学、靶向性及代谢特征
5. C-PPS/C纳米颗粒凭借其强大的抗氧化效应，在体内实现了保护血脑屏障、减轻脑水肿和神经元损伤的综合治疗效果
实验设计示意图与时间表清晰展示了研究系统的评估流程（图5A）。体内实验结果表明，C-PPS/C纳米颗粒能有效减轻脑水肿，其效果通过磁共振成像T2序列（图5B）与脑组织含水量测定（图5C）得到证实。对血脑屏障完整性的评估显示，C-PPS/C纳米颗粒具有最佳的保护效果，有效阻断了“血脑屏障破坏-脑水肿”的恶性循环（图5D）。在抗氧化方面，C-PPS/C纳米颗粒能显著降低脑内超氧化物水平（图5E），并展现出最强大的综合抗氧化能力，表现为超氧化物歧化酶与谷胱甘肽过氧化物酶水平最高、而氧化损伤产物丙二醛水平最低（图5F-H）。神经保护作用分析进一步表明，C-PPS/C治疗组的神经元凋亡最少（图5I），脑组织病理损伤最轻（图5J），且神经元结构保存最完好（图5K）。总而言之，C-PPS/C纳米颗粒通过其卓越的抗氧化与抗炎协同作用，在体内能有效保护血脑屏障、减轻脑水肿并实现显著的神经保护。
图5.C-PPS/C纳米颗粒可减轻创伤性脑损伤（TBI）引发的脑水肿，并有效保护血脑屏障
6. C-PPS/C纳米颗粒在体内具有抗神经炎症作用
根据流式细胞术分析结果（图6A），C-PPS/C纳米颗粒显著提升了TBI小鼠模型中M2型小胶质细胞的数量（与对照组相比p<0.0001）。通过细胞因子与趋化因子检测（图6B-E），该治疗组同时表现出最低水平的炎症介质释放（所有关键指标对比均达p<0.0001显著性）。免疫组化实验显示（图6F），皮质损伤区域星形胶质细胞标志物GFAP与小胶质细胞标志物Iba-1的表达在C-PPS/C组降至最低水平。海马体特定区域CA1、CA3和DG的免疫荧光分析（图6G）进一步证实该组能最有效抑制神经炎症激活。综上所述，C-PPS/C纳米颗粒通过促进小胶质细胞向M2表型极化、显著抑制炎症因子释放及降低神经胶质细胞过度激活，展现出卓越的抗神经炎症功效。
图6.C-PPS/C纳米颗粒在体内具有神经保护和抗炎作用
7. C-PPS/C通过抑制NF-κB通路减轻神经炎症
差异表达基因热图显示C-PPS/C治疗组与对照组存在显著区别（图7A），共鉴定出658个差异表达基因，其中前10位均与炎症密切相关（图7B）；KEGG与GO富集分析进一步表明这些基因富集于“NF-κB信号通路”和“白细胞迁移”等炎症相关通路（图7C-D）；进一步的机制研究证实，C-PPS/C纳米颗粒能有效抑制TBI后NF-κB及其关键调控分子P-IκBα的过度激活（图7E-F）。总而言之，C-PPS/C纳米颗粒通过抑制NF-κB信号通路来减轻神经炎症，从而对TBI发挥保护作用。
图7.C-PPS/C处理后炎症变化的RNA测序分析
8. C-PPS/C纳米颗粒提升TBI后情绪与神经功能
如实验设计示意图（图8A）所示，通过一系列行为学测试发现，C-PPS/C纳米颗粒能显著改善TBI小鼠在旷场实验中的焦虑样行为（图8B-D），并有效促进其神经功能缺损评分（mNSS）的恢复（图8E）。在水迷宫测试中，C-PPS/C治疗组小鼠在学习阶段（图8F，第21-27天）找到隐藏平台所需的时间和距离显著更短（图8G, H），并且在撤除平台后的记忆探测试验（图8F，第28天）中，于原平台象限的穿越次数、停留时间及移动距离均显著优于对照组（图8I-L）。综上所述，C-PPS/C纳米颗粒能够全面改善TBI后的小鼠神经功能缺损、焦虑情绪以及空间学习与记忆能力。
图8.C-PPS/C纳米颗粒可增强创伤性脑损伤后的情绪和神经功能
结论
这项研究开发了一种新型的抗氧化纳米颗粒——半胱氨酸-丙氨酸-谷氨酰胺-赖氨酸（CAQK）肽修饰的抗氧化纳米颗粒（C-PPS/C），用于治疗创伤性脑损伤（TBI）。研究发现，C-PPS/C纳米颗粒能够有效地在受损脑组织中积累，清除过量的活性氧（ROS），并释放姜黄素（Cur）以抑制氧化应激和神经炎症。通过打破“ROS-神经炎症”恶性循环，C-PPS/C纳米颗粒不仅保护了血脑屏障（BBB），减少了急性脑水肿，还促进了长期神经功能恢复。这一发现为TBI的治疗提供了一种新的潜在策略。
进一步的研究表明，C-PPS/C纳米颗粒通过抑制NF-κB信号通路，降低了促炎基因的表达，减轻了炎症反应。这表明，C-PPS/C纳米颗粒在治疗TBI方面具有良好的应用前景，能够有效调节氧化和炎症微环境，从而改善患者的神经功能和情绪状态。这项研究为TBI的临床管理提供了新的见解，强调了纳米技术在神经损伤治疗中的潜力。
在该研究中，研究人员使用了赛昂斯旷场实验箱（SANS SA215）和Morris 水迷宫（SANS SA201）来进行实验操作。
SA201 Morris水迷宫
Morris水迷宫（Morris water maze, MWM）实验是一种强迫实验动物（大鼠、小鼠）游泳，学习寻找隐藏在水中平台的一种实验，主要用于测试实验动物对空间位置感和方向感（空间定位）的学习记忆能力。被广泛应用于学习记忆、老年痴呆、海马/外海马研究、智力与衰老、新药开发/筛选/评价、药理学、毒理学、预防医学、神经生物学、动物心理学及行为生物学等多个学科的科学研究和计算机辅助教学等领域，在世界上已经得到广泛地认可，是医学院校开展行为学研究尤其是学习与记忆研究的首选经典实验。Morris水迷宫其最主要的附件之一就是水池，水池的质量及功能是实验不可却少的部分，在实验中水温的温度是实验的关键，我公司生产的恒温水池是国内唯一有此功能的，其温度控温，及准确度已达到先进水平。
SA215 旷场实验箱
旷场实验视频分析系统（open field test）是观察研究实验动物神经精神变化、进入开阔环境后的各种行为，例如动物对新开阔环境的恐惧而主要在周边区域活动，在中央区域活动较少，但动物的探究特性又促使其产生在中央区域活动的动机，也可观察由此而产生的焦虑心理。中枢兴奋药物可以明显增加自主的活动而减少探究行为，一定剂量的抗精神病药物可以减少探究行为而不影响自主活动。