针对上述问题，中国药科大学丁杨、张华清、周建平等人开发的生物模拟弹性压缩组装体，以温敏性聚合物为基质，将疏水性姜黄素加载到超小CeO₂纳米酶上，经PDA外壳和apoA-I修饰，实现脑内靶向递送和ROS触发的药物爆发释放。在AD病变部位，该组装体能快速释放Cur和PCeO₂，Cur可高浓度将Aβ激活型小胶质细胞转变为正常状态并增强其吞噬功能，CeO₂持续抗氧化防止小胶质细胞线粒体在吞噬Aβ后受损。相关成果2025年4月30日发表于《Science Advances》。（DOI：10.1126/sciadv.adr0656）。

图1 研究示意图

（1）生物模拟组装的弹性压缩和扩散的制备和表征

合成温敏性聚合物pNIPAAm-co-pAAm，其低临界溶液温度（LCST）为41℃。在LCST时，聚合物链被压缩，疏水区域在CeO₂核上形成聚合物壳（图2A）。热收缩过程在37℃和41℃之间可逆（图2B）。为减少药物泄漏，设计PDA自聚合热封Cur负载的PCeO₂，形成PPCeO₂/Cur，尺寸从约28 nm增至约51 nm（图2C）。通过迈克尔加成反应，将apoA-I接枝到PPCeO₂/Cur表面，形成APPCeO₂/Cur，尺寸约62 nm，在含10%血清的PBS中稳定性更好（图2C和D）。穿过血脑屏障后，APPCeO₂/Cur的PDA外壳会被ROS特异性降解，使PPCeO₂核心伸展弹性聚合物链实现快速药物释放。制备不同厚度的APPCeO₂/Cur纳米颗粒，发现9 nm外壳的Cur释放速度比16 nm的更快（图2E）。具有9 nm外壳的APPCeO₂/Cur纳米颗粒在0.1 mM H₂O₂中孵育时，粒径在最初2小时内略有减小且分布均匀，8小时后粒径分布分为三部分（图2F）。透射电子显微镜（TEM）图像显示，APPCeO₂/Cur在H₂O₂中孵育8小时后，壳核结构解聚成碎片形态（图2G和H）。

图2 APPCeO₂/Cur的表征。（a）CeO₂和PCeO₂在37°和41°C时的粒径分布；（b）CeO₂和PCeO₂在循环加热和冷却过程中的尺寸变化（n=3）；（c）PCeO₂、PPCeO₂/Cur和APPCeO₂/Cur的粒径分布；（d）PPCeO₂/Cur和APPCeO₂/Cur在含10%血清的介质中的粒径变化（n=3）；（e）不同厚度的APPCeO₂/Cur在H₂O₂（0.1 mM）或PBS（pH 7.4，0.01 M）中的Cur释放曲线（n=3）；（f）在1、2和8小时内用H₂O₂（0.1 mM）处理的APPCeO₂/Cur的粒径分布；（g）APPCeO₂/Cur的TEM图像；（h）用0.1 mM H₂O₂处理的APPCeO₂/Cur的TEM图像；（i）APPCeO₂/Cur的BBB跨细胞转运效率（n=3），单因素方差分析结合Tukey-Kramer事后检验；（j）用Cy5标记的APPCeO₂/Cur和BPPCeO₂/Cur治疗的AD小鼠的代表性图像；（k）用Cy5标记的APPCeO₂/Cur和BPPCeO₂/Cur治疗的脑切片的代表性荧光图像

（2）生物启发的血脑屏障穿透和脑内蓄积

ApoA-I可介导HDL高效递送至大脑。图2I显示，F-APPCeO₂/Cur的跨细胞转运效率约为20.9%，是F-BPPCeO₂/Cur组（约4.7%）的4.4倍，表明ApoA-I修饰可促进APPCeO₂/Cur穿越血脑屏障。为研究血脑屏障转胞吞能力和脑内蓄积，将Cy5标记的ApoA-I和BSA偶联到PPCeO₂/Cur上，得到Cy5-APPCeO₂/Cur和Cy5-BPPCeO₂/Cur，并给予AD模型小鼠，进行活体荧光成像（图2J）。结果显示，Cy5-APPCeO₂/Cur在脑区有强荧光信号，而Cy5-BPPCeO₂/Cur荧光微弱且随时间几乎不变。脑切片荧光成像（图2K）显示，Cy5-APPCeO₂/Cur组中，纳米颗粒与Aβ斑块分布区域显著重叠，尤其在大脑皮层和海马区。

（3）通过爆发式药物释放实现微胶球状态转换

Cur以浓度依赖性方式使小胶质细胞正常化，设计爆发式药物释放机制对实现这一目标至关重要（图3A）。模拟AD脑中ROS触发的爆发释放，不同浓度Cur的APPCeO₂/Cur被0.1 mM H₂O₂预处理后与Aβ激活的胶质共孵育。CD206用于标记归一化的胶质（图3B）。在PCeO₂、PPCeO₂和APPCeO₂处理组中，CD206表达无显著影响。低剂量（1 μg/ml，L）或中剂量（5 μg/ml，M）Cur的APPCeO₂/Cur处理组中，CD80水平略有下降，CD206表达增加。高浓度（10 μg/ml，H）Cur的APPCeO₂/Cur处理组中，CD206表达显著增加，CD80下降。定量分析显示，Aβ激活的小胶质细胞（CD80⁺）比例从3.7%降至23.6%，正常小胶质细胞（CD206⁺）比例从3.7%增至18.7%，在APPCeO₂/Cur (H) (Pre-H₂O₂)组中增加五倍。高剂量Cur高效调节Aβ激活的小胶质细胞至正常小胶质细胞。

使用ELISA检测培养上清液中的促炎因子，不同组的条件培养基用于与SH-SY5Y细胞共孵育（图3C）。如图3D，随着Cur浓度增加，APPCeO₂/Cur (L)–、APPCeO₂/Cur (M)–和APPCeO₂/Cur (H)–处理组的促炎细胞因子水平依次降低，抗炎因子IL-4、TGF-β和IL-10水平分别增加60.8%、80.2%和98.2%。细胞因子分泌趋势与小胶质细胞状态转变一致，证实表型转变减轻炎症反应。如图3E，与PBS组条件培养液共培养后，SH-SY5Y细胞活力降至52.0%，表明Aβ毒性和炎症因子加剧神经元损伤。PCeO₂、PPCeO₂和APPCeO₂组条件培养液孵育的SH-SY5Y细胞存活率高于PBS组。小胶质细胞状态调控改善炎症微环境并恢复神经元损伤。此外，表型调控后小胶质细胞的Aβ吞噬能力增强，APPCeO₂/Cur (H) (Pre-H₂O₂)表现出更高的Aβ细胞内化效率（图3F）。

图3 巨噬细胞受曲美他嗪调节的表征。（a）巨噬细胞受曲美他嗪爆发式释放调节的示意图；（b）巨噬细胞与不同浓度的曲美他嗪纳米颗粒孵育48小时后，Aβ激活巨噬细胞生物标志物CD80和正常巨噬细胞生物标志物CD206的表达；（c）实验设计示意图，包括炎症细胞因子分析和SH-SY5Y条件培养；（d）通过ELISA检测BV-2细胞分泌的促炎细胞因子（如TNF-α、IL-1β和IL-6）和抗炎细胞因子（如IL-4、IL-10和TGF-β）的水平（n=3）；（e）炎症改善后的神经保护作用（n=6）；（f）不同制剂处理后Aβ激活巨噬细胞的Aβ细胞摄取效率（n=3）

（4）分解Aβ斑块以促进小胶质细胞介导的Aβ清除

Aβ的亲和力是Aβ捕获和去聚合的基础。分子建模实验通过对接计算和分析聚合物在PCeO₂表面上的单元与Aβ肽的氨基酸残基之间的相互作用，表明Aβ被结合在Aβ单体的螺旋结构、寡聚物和纤维的β片结构中的聚合物片段上。图4A显示了对接聚合物链的50个构象中最好的对接分数。PCeO₂装配对Aβ单体和寡聚体的结合亲和力显著增加，亲和力值分别为5.12×10⁻⁷和3.03×10⁻⁷M（图4B）。使用ThT检查PCeO₂对Aβ纤维素的解聚作用，图4C显示PBS组因Aβ纤维素中丰富的β折叠结构显示出最大的ThT荧光，而PCeO₂组荧光强度显著降低（约33%），仅用聚合物处理的组降低了17%，验证了聚合物在Aβ斑块中的解聚能力及PCeO₂的多价结合可加速Aβ斑块分解。

为探索PCeO₂引起的斑块解聚是否会减弱“扬尘”效应，应用膜联蛋白V-FITC/PI染色检测神经细胞凋亡（图4D）。Aβ寡聚体组凋亡率为49.98%，Aβ纤维组凋亡率为37.01%。而用PCeO₂处理的SH-SY5Y细胞凋亡率分别降至4.11%和4.02%，表明PCeO₂能有效防止由“扬尘”效应引起的神经元凋亡。为研究促进Aβ解聚后PCeO₂的Aβ清除效果，检测了Aβ摄取能力。图4E显示，即使在PCeO₂帮助下有更多Aβ₁₋₄₂内吞到小胶质细胞中，仍检测到最低的细胞内Aβ₁₋₄₂水平。共聚焦激光扫描显微镜进一步探索Aβ的降解过程，与PCeO₂共孵育的FAM-Aβ在细胞膜上荧光弱，细胞内荧光强，且FAM-Aβ与溶酶体共定位，证实PCeO₂通过小胶质细胞的溶酶体网络促进Aβ降解。

图4 APPCeO₂/Cur促进Aβ斑块解聚和清除的表征。（a）APPCeO₂/Cur促进Aβ斑块解聚和清除的方案，聚合物链与Aβ肽的疏水和亲水残基相结合；（b）SPR测定PCeO₂和释放的PCeO₂与Aβ单体（或寡聚体）的结合亲和力；（c）采用ThT荧光测定法监测Aβ沉积物的解聚（n=6）；（d）流式细胞术分析多种制剂处理后的SH-SY5Y细胞凋亡分析；（e）ELISA检测多种制剂处理后小胶质细胞中的Aβ含量（n=3）；（f）4小时后不同制剂处理后的BV-2细胞中FAM-Aβ的代表性图像，释放的PCeO₂代表H₂O₂预处理和通过超滤离心去除Cur

（5）消除活性氧和预防线粒体损伤

Aβ诱导的小胶质细胞活化产生过多ROS，导致线粒体功能障碍，减弱吞噬和降解能力。APPCeO₂/Cur组装体释放的CeO₂纳米酶通过Ce³⁺和Ce⁴⁺原子的电子转移消除ROS（图5A）。XPS分析显示，PCeO₂的Ce³⁺组分在聚合物配位改性后几乎不变，且在H₂O₂耗尽后可恢复还原态，表明其抗氧化特性不受影响（图5B和C）。DCFH探针检测结果显示，与PCeO₂组孵育的荧光强度最弱，与CeO₂组相同，表明ROS清除效果显著（图5D）。细胞水平上，Aβ刺激的BV-2细胞表现出强绿色荧光，而CeO₂组细胞内绿色荧光减少，ROS水平比PBS组降低55.6%（图5E和F）。JC-1检测显示，CeO₂处理后BV-2细胞线粒体膜电位恢复，红绿荧光比增加到2.7，表明CeO₂通过清除ROS阻止膜电位去极化（图5G）。

图5 CeO₂的ROS清除及线粒体保护表征。（a）CeO₂在组装和线粒体保护中的ROS清除示意图；（b）Ce 3d轨道的XPS分析显示Ce³⁺（阴影）和Ce⁴⁺的结合能水平，A.U.为任意单位；（c）Ce³⁺在CeO₂表面的百分比定量；（d）用于展示CeO₂在ROS清除中的酶活性的荧光强度（n=3）；（e）Aβ刺激的BV-2细胞在用不同制备物孵育后的细胞内ROS水平分析（n=3）；（f）不同制备物孵育后Aβ刺激的BV-2细胞内ROS水平的代表性图像；（g）Aβ存在和不同制备物处理下BV-2细胞的线粒体膜电位。PCeO₂（Pre-H₂O₂）和PCeO₂（H₂O₂耗竭）分别指H₂O₂预处理和H₂O₂耗竭5天后的情况，释放的PCeO₂代表H₂O₂预处理和通过超滤离心去除Cur

（6）恢复AD小鼠模型的记忆障碍和认知缺陷

选择8个月大的APPswe/PSEN1dE9（C57BL/6）转基因小鼠，存在认知障碍和早期淀粉样病变。动物每3天静脉注射给予APPCeO₂/Cur（曲酸剂量5 mg/kg）、PCeO₂和APPCeO₂（相当于CeO₂浓度），持续4周（图6A）。用莫里斯水迷宫（MWM）和筑巢行为实验评估空间学习和记忆性能改善效果。图6B显示，APPCeO₂治疗的AD小鼠逃避潜伏期时间比PCeO₂治疗小鼠减少26.84秒，目标象限百分比时间和平台穿越次数更多（图6C），表明APPCeO₂组装体因高效BBB渗透和ROS清除改善动物记忆和认知。观察AD小鼠筑巢行为评估海马功能，图6D显示APPCeO₂/Cur治疗组AD小鼠筑巢能力积极，巢中有组织碎片。图6E显示，APPCeO₂/Cur治疗的AD小鼠得分略低于野生型小鼠，显著高于生理盐水治疗的小鼠，进一步证实APPCeO₂/Cur可减轻AD小鼠模型中的认知和记忆缺陷。

图6 药物给药及治疗效果评估。（a）药物给药时间进程和治疗效果评估；（b）野生型和阿尔茨海默病小鼠在注射生理盐水、PCeO₂、APPCeO₂和APPCeO₂/Cur后的逃避潜伏期、目标象限停留百分比和穿越平台的次数（n=16）；（c）小鼠在Morris水迷宫中的典型路径追踪图；（d）小鼠筑巢行为的典型图像；（e）筑巢行为评分（n=16）

（7）恢复小胶质细胞功能障碍和改善炎症微环境，降低淀粉样蛋白病理和氧化应激调节

为证明APPCeO₂/Cur组装在小胶质细胞状态中的作用，分析了APP/PS1转基因小鼠小胶质细胞状态的免疫荧光图像。图7A显示，APPCeO₂/Cur处理时，CD80荧光强度减弱，CD206荧光强度升高（CD206阳性小胶质细胞增加到45.4%），表明APPCeO₂/Cur组装可有效逆转小胶质细胞状态。图7B显示，接受APPCeO₂治疗的AD小鼠中TNF-α和IL-1β水平下降，抗炎细胞因子变化较小。进一步探索不同治疗的AD小鼠中Aβ水平，结果表明AD组和PCeO₂组Aβ水平相似（图7C和D），APPCeO₂组Aβ水平显著降低。为阐明小胶质细胞捕获和Aβ降解过程，进行了免疫荧光分析。图7E和F显示，与浸润在Aβ斑块附近的小胶质细胞（红色）及APPCeO₂处理小鼠中CD68吞噬体分布相比，APPCeO₂/Cur治疗显著瓦解Aβ斑块，通过上调CD68表达和改善小胶质细胞功能障碍实现。结果表明，模拟APPCeO₂/Cur组装的apoA-I可同时释放Cur和PCeO₂治疗元素，分别重新调整小胶质细胞功能障碍和促进Aβ清除，共同改善研究小鼠的AD病理。

图7 小胶质细胞状态及Aβ水平的检测。（A）不同配方处理后海马中CD80和CD206的免疫染色，绿色为CD80或CD206抗体染色的Aβ激活或正常小胶质细胞标记，红色为Iba-1染色的小胶质细胞，蓝色为DAPI染色的细胞核，标尺100μm；（B）不同制剂处理的脑中TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-4、IL-10和TGF-β水平由ELISA试剂盒测定（n=3）；（C）不同配方处理4周后小鼠海马中Aβ斑块的免疫染色，绿色为6E10抗体染色的Aβ，蓝色为DAPI染色的细胞核，标尺100μm；（D）不同配方处理下正常和AD小鼠脑中Aβ水平的免疫荧光染色定量分析（n=3）；（E）不同制剂处理后小胶质细胞中Aβ吞噬的代表性图像，绿色为CD68抗体染色的吞噬体，红色为Iba-1染色的小胶质细胞，紫色为6E10抗体染色的Aβ，标尺20μm；（F）吞噬体定量（n=3）；（G）不同制剂处理后海马区的HE和尼氏染色代表性图像

（8）改善神经元损伤

为评估各种制剂改善神经元损伤的疗效，进行了尼氏染色和苏木精 - 伊红（HE）染色以监测脑中受损神经元。图7G和图S34、S35显示，APPCeO₂/Cur治疗组受损神经元有所改善，PPCeO₂治疗组未呈现明显改善，表明Cur调节小胶质细胞功能障碍对神经疾病恢复和神经损失至关重要。PPCeO₂/Cur治疗后，AD小鼠海马体和皮质中的神经元萎缩、核固缩和细胞质浓缩均显著改善。