赖氨酸-聚多巴胺纳米颗粒通过改善酸性微环境与神经保护促进脊髓损伤修复

　　本研究针对脊髓损伤(SCI)后酸性微环境加剧神经元丢失和功能障碍的难题，开发了赖氨酸-聚多巴胺纳米颗粒(Lys-PDA)多功能治疗平台。该研究通过体外和体内实验证实，Lys-PDA具有良好的生物相容性，可持续释放赖氨酸长达3天，显著中和损伤部位酸性(pH提升约0.33单位)，减少活性氧(ROS)和乳酸积累，降低神经元凋亡，并显著改善后肢运动功能(BMS评分从0.0提升至5.8)。该研究为SCI修复提供了同时调控微环境和促进神经保护的新策略，具有重要的转化价值。

　　

脊髓损伤(Spinal Cord Injury, SCI)是一种毁灭性的神经系统创伤，全球每年约新增50万病例，不仅给患者带来巨大痛苦，还造成沉重的社会经济负担。在美国，SCI患者第一年的医疗费用可达37.5万至115万美元，而一位25岁四肢瘫痪患者的终身治疗费用甚至高达510万美元。这些数据凸显了开发有效治疗策略的紧迫性。

SCI的病理过程复杂，其中损伤部位酸性微环境的形成是关键因素。缺血缺氧导致无氧糖酵解增加，细胞外pH值骤降至6.4-6.7，这种酸性环境不仅损害酶活性、破坏蛋白质稳定性，还扰乱信号转导，促进巨噬细胞和小胶质细胞活化，释放炎性细胞因子，放大局部炎症和组织损伤。持续的酸化还会破坏先天和适应性免疫反应，而其神经毒性则驱动神经元凋亡和突触连接中断。激活的小胶质细胞和浸润的中性粒细胞通过Hv1介导的质子外流和NADPH氧化酶产生的活性氧(Reactive Oxygen Species, ROS)，形成了自我延续的ROS-酸中毒循环。

面对这一挑战，研究人员将目光投向了赖氨酸(Lysine)这一天然氨基酸。赖氨酸具有弱碱性和神经保护特性，但其体内稳定性差和非特异性分布限制了临床应用。另一方面，聚多巴胺(Polydopamine, PDA)作为一种生物相容性聚合物，具有固有的抗氧化和抗炎能力，是理想的纳米载体材料。

赣南医学院第一附属医院麻醉科的研究团队创新性地将这两种材料结合，开发了赖氨酸-聚多巴胺纳米颗粒(Lys-PDA)，为SCI治疗提供了多功能治疗平台。这项研究成果发表在《Biomedical Signal Processing and Control》期刊上，为脊髓损伤修复提供了新思路。

研究人员通过碱性氧化自聚合法合成PDA纳米颗粒，然后通过共价和非共价相互作用将赖氨酸负载到PDA上形成Lys-PDA复合物。使用纳米粒径分析仪、扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)等技术对材料进行表征，并测定了赖氨酸的负载率和释放曲线。建立C57BL/6J小鼠脊髓挫伤模型，随机分为假手术组、SCI组、PDA组、Lys组和Lys-PDA组。通过Basso小鼠量表(BMS)评分、足迹分析等行为学方法评估运动功能恢复；采用pH敏感荧光探针BCECF-AM检测组织pH值变化；通过Western blot检测凋亡相关蛋白Bax和Bcl-2表达；使用TUNEL染色评估细胞凋亡情况；并进行了HE染色和尼氏染色观察组织形态学变化。

3.1. SCI后酸性微环境的特征表现为pH降低和乳酸积累

研究发现，在SCI后的前5天，损伤部位pH从6.94±0.04显著下降至6.72±0.02，而乳酸水平从38.07±3.76μM显著上升至79.57±5.93μM。BCECF-AM荧光强度随着pH降低而逐渐减弱，表明早期干预酸性微环境对SCI治疗至关重要。

3.2. Lys-PDA的合成与表征

表征结果显示，PDA纳米颗粒表面光滑、尺寸均匀，呈圆形，平均粒径为144.0±1.44nm。Lys-PDA同样尺寸均匀，呈圆形 morphology，但粒径稍大(157.4±3.79nm)，表面可见赖氨酸形成的薄膜覆盖层。Zeta电位分析显示，赖氨酸 conjugation 导致表面电荷显著反转：PDA的ζ电位为-25.38±5.29mV，而Lys-PDA为-21.47±5.19mV，表明阳离子赖氨酸残基成功接枝。FTIR光谱证实了赖氨酸在PDA上的共价固定。赖氨酸负载率达到68.89%±0.245，释放实验表明Lys-PDA可在体外条件下持续释放赖氨酸达三天。

3.3. Lys-PDA的生物相容性和毒性评估

Live/Dead实验显示，大多数ND7/23细胞存活并染成绿色，仅少数死细胞染成红色，两组间活细胞数量和百分比无显著差异(p=0.589; p=0.586)。体内实验表明，Lys-PDA注射28天后，主要内脏器官无显著差异，表明Lys-PDA具有良好的生物相容性。

3.4. Lys-PDA中和酸性微环境并减少氧化应激

BCECF-AM荧光染色和微pH电极测量结果显示，与SCI组(6.66±0.01)、PDA组(6.65±0.01)和Lys组(6.76±0.01)相比，Lys-PDA组的荧光强度和pH值(6.81±0.05)显著增加，更接近假手术组水平(6.94±0.03)。此外，Lys-PDA处理显著降低了T-BHP诱导的ROS水平，表明其能有效抑制ROS产生。

3.5. Lys-PDA促进SCI修复

行为学评估显示，Lys-PDA组小鼠后肢运动功能恢复最显著，前肢步幅从2.04±0.38cm增加至4.30±0.53cm，接近假手术组水平(5.90±0.45cm)。BMS评分显示，Lys-PDA组从第7天开始就显示出显著改善，到第28天持续获得最高评分。组织学分析表明，Lys-PDA组空腔形成和组织破坏显著减少，结构恢复迹象明显。尼氏染色显示Lys-PDA组Nissl阳性细胞数量显著增加，神经元形态接近假手术组。

3.6. Lys-PDA增强神经元存活并减少凋亡

Western blot分析显示，SCI组Bax表达升高，Bcl-2表达降低，而Lys-PDA组显著降低Bax表达并增加Bcl-2表达。TUNEL染色显示Lys-PDA组荧光强度显著降低，表明凋亡细胞数量大幅减少，证实Lys-PDA具有强大的抗凋亡活性。

研究讨论部分指出，SCI会引发酸性微环境、ROS积累和神经元凋亡等不利因素，阻碍功能恢复。Lys-PDA作为一种多功能平台，能同时调节病变微环境，提供pH缓冲和神经保护作用。与单一靶点策略相比，Lys-PDA的碱化和抗氧化特性协同作用，提供了超过单独使用赖氨酸或PDA的协同效益。

该研究的重要意义在于首次将赖氨酸的碱化特性与PDA的抗氧化抗炎能力相结合，创造了能同时解决SCI多个病理因素的多功能纳米平台。Lys-PDA不仅能有效中和酸性pH，抑制ROS和乳酸积累，还能减少神经元凋亡，改善运动功能恢复，为SCI治疗提供了新思路。

研究结论表明，Lys-PDA通过有效调节损伤微环境、促进神经保护和恢复运动功能，为SCI修复提供了有前景的策略。这项工作为未来转化研究奠定了基础，指导了针对复杂神经损伤环境的智能纳米药物的开发。

需要注意的是，该研究也存在一些局限性，如缺乏体内分布和长期随访数据、样本量相对较小、未包含缓冲液对照组、使用ND7/23细胞而非原代脊髓细胞等。未来研究将探索将其他治疗功能整合到Lys-PDA中，如靶向药物递送或生物活性分子释放，并结合康复方案或干细胞疗法以进一步改善 outcomes。