超声激活定向可控一氧化氮疗法通过调节eNOS/iNOS稳态修复血管钙化

　　本研究提出一种创新性Fe3O4@PDA@BNN6纳米系统，通过磁场靶向富集与超声控释一氧化氮（NO）双重调控策略，精准修复血管钙化（VC）。该疗法通过重建内皮型一氧化氮合酶（eNOS）/诱导型一氧化氮合酶（iNOS）稳态，激活sGC-cGMP-PKG信号通路，有效抑制血管平滑肌细胞（VSMCs）成骨样转化并改善内皮功能，为心血管疾病精准干预提供新范式。

　　

Statement of Significance

工程创新：双模态纳米粒子系统实现精准一氧化氮递送

磁场引导将FPB纳米颗粒定向输送至钙化病变部位，显著降低系统脱靶效应。超声触发一氧化氮（NO）释放机制确保在血管钙化（VC）部位实现按需给药。

机制创新：重建eNOS/iNOS稳态作为治疗轴心

定向可控的NO疗法独特地调控内皮型一氧化氮合酶（eNOS）与诱导型一氧化氮合酶（iNOS）的平衡，进一步激活 soluble guanylate cyclase - cyclic guanosine monophosphate - protein kinase G（sGC-cGMP-PKG）信号通路。

Introduction

心血管疾病（CVD）是全球健康的首要威胁，年均致死人数占比达31%。血管钙化（VC）作为CVD的核心病理标志，会加剧动脉粥样硬化、冠心病和高血压性心脏病，显著提升危及生命事件的风险并恶化患者预后。当前临床干预手段包括生活方式调整、药物治疗和有创操作，但均无法逆转病理性钙化进程，且常伴随耐受性局限或操作风险。

VC涉及血管壁中异常钙盐沉积，由血管平滑肌细胞（VSMCs）表型转分化、内皮功能障碍及炎症-氧化应激级联反应共同驱动。生理状态下，VSMCs保持静息收缩表型，增殖活性低；而病理性刺激（如高磷血症、高脂血症或促炎细胞因子）会诱导其转分化为成骨软骨源性合成表型，进一步促进细胞外基质矿化。同时，钙化微环境损害内皮细胞（ECs）功能，降低一氧化氮（NO）介导的血管舒张作用并增强炎症反应。

NO是心血管生理中的关键气体信号分子，主要通过eNOS依赖的信号通路发挥血管保护作用。在健康血管内皮中，eNOS催化L-精氨酸生成NO，激活VSMCs中的可溶性鸟苷酸环化酶（sGC），触发三磷酸鸟苷向环磷酸鸟苷（cGMP）转化，并通过蛋白激酶G（PKG）介导的信号通路松弛VSMCs，从而维持血管张力、调节血压并保障器官灌注。此外，NO抑制血小板聚集、减少白细胞粘附、抑制VSMCs增殖/迁移，以维护血管完整性。在VC进程中，这一平衡被打破：内皮功能障碍下调eNOS，减少NO生物利用度，损害血管舒张功能并促进VSMCs转分化。病理性刺激还会在炎症EC和VSMCs中上调iNOS，过量的iNOS源性NO可引发氧化/硝化损伤，破坏eNOS/iNOS平衡，加剧炎症和钙化沉积。

临床现有NO疗法依赖外源性供体或eNOS激活剂，但存在明显局限：半衰期短需频繁给药、系统递送导致脱靶性低血压和耐受性、非特异性释放难以到达局部钙化病灶。这些缺陷凸显了开发精准NO递送策略的必要性。

血管剪切力和几何结构阻碍NO供体在病变部位富集。磁场引导作为一种可靠的非侵入方法，可通过磁性载体实现定向NO递送。四氧化三铁（Fe₃O₄）纳米颗粒具有超顺磁性，能快速响应外部磁场并在VC病变处积累，已应用于多模态成像和肿瘤治疗；多糖包被的Fe₃O₄制剂已完成慢性肾脏病（CKD）心血管成像临床试验（CTR20230153），其CKD血管成像Ⅰ期试验（CTR20243505）正在进行中，这些进展印证了其生物相容性和诊疗一体化潜力。

为实现时空可控的NO释放，超声驱动策略尤为有效。Kim等人报道了超声响应性N,N’-二仲丁基-N,N’-二亚硝基-1,4-苯二胺（BNN6）供体系统，超声空化效应和热效应促进BNN6分解释放NO，为血管精准干预提供新思路。

本研究制备了Fe₃O₄@PDA@BNN6（FPB）纳米颗粒，用于定向可控的NO治疗。通过大鼠模型和体外VC模型，我们分析了VSMCs表型转变、ECs炎症反应、关键钙化相关基因/蛋白及eNOS/iNOS稳态，旨在阐明外源性NO调控VC并恢复血管功能的机制，为开发精准血管疾病疗法提供新见解。

Discussion

血管钙化（VC）是心血管疾病（CVD）的重要病理特征，而eNOS与iNOS的失衡是导致VC发生发展的关键因素之一。本研究提出一种超声响应性FPB纳米系统，实现定向可控的一氧化氮（NO）治疗，为人主动脉平滑肌细胞（HASMCs）和人主动脉内皮细胞（HAECs）重建eNOS/iNOS稳态提供了精准治疗策略。

NO作为血管生理中的关键气体信号分子，已在肺动脉高压等疾病中开展临床应用，但其治疗窗口窄、系统副作用大等问题限制了疗效。本研究通过磁场-超声双模态调控，首次实现VC病变部位的按需NO释放，不仅抑制VSMCs成骨样转分化，还减轻ECs炎症反应。机制上，FPB释放的NO通过激活sGC-cGMP-PKG信号轴，下调RUNX2和BMP2等成骨基因表达，同时上调α-SMA等收缩表型标志物，逆转钙化进程。更重要的是，该疗法显著提升eNOS表达并抑制iNOS过度活化，重建NO稳态，突破传统NO疗法的局限性。

Conclusion

本研究开发了一种超声响应、磁场导向的一氧化氮（NO）治疗策略，通过调节eNOS/iNOS稳态证明其对血管钙化（VC）的治疗有效性。与传统疗法不同，FPB纳米系统实现NO在病变血管部位的时空可控释放，攻克了传统NO疗法特异性差与系统释放不可控的难题。实验结果表明，FPB在动物模型中减少钙化斑块、恢复血管弹性，在体外抑制VSMCs成骨转分化并改善内皮功能。该磁-超声协同控释策略为心血管疾病精准干预开辟了新途径。