针对上述问题，中国科学院长春应用化学研究所姜秀娥、南开大学武烈团队开发了一种手性纳米激动剂——D-组氨酸氧化锌纳米棒（D-His ZnO NRs），可有效激活EGFR并启动下游多重级联信号通路，促进三种不同类型神经细胞的增殖、分化和迁移。D-His ZnO NRs不仅实现超过85%的分化率（神经突起长度>50 μm），还可诱导雪旺细胞转分化为干细胞样表型。研究团队进一步开发了含D-His ZnO NRs的可生物降解"创可贴"式纳米纤维绷带，应用于坐骨神经和脊髓损伤模型，4周治疗后神经修复和功能恢复显著改善。该研究揭示了手性纳米激动剂靶向EGFR调控神经细胞行为的机制，为神经再生治疗开辟了新途径。该文章于2025年11月17日以《Chiral Nanoagonist Targeting EGFR for Nerve Injury Repair》为题发表于《Advanced Materials》（DOI：10.1002/adma.202510689）。

（1）手性ZnO纳米棒的合成与表征

研究团队采用五种手性氨基酸配体（组氨酸His、赖氨酸Lys、精氨酸Arg、谷氨酸Glu、青霉胺Pen）通过水热法合成手性ZnO纳米棒。透射电镜（TEM）证实所有配体系统经水热处理后均形成纳米棒结构（图2a,b）。紫外-可见光谱验证ZnO成功合成。圆二色谱（CD）显示制备的ZnO纳米棒呈现明确的镜像对称CD信号，且相对于游离配体发生峰位移，证实其手性特征；消旋ZnO纳米棒（D-配体与L-配体1:1摩尔比混合合成）无CD信号。核磁共振氢谱（¹H NMR）显示手性ZnO纳米棒的质子信号相对于游离配体向低场位移，表明配体通过与表面Zn原子配位结合于ZnO纳米棒。配体交换实验（6-巯基-1-己醇MCH）显示五种手性ZnO纳米棒的CD信号显著降低（≈66-85%），表明ZnO纳米棒的手性主要来源于表面手性配体与ZnO之间的电子耦合。电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）显示五种手性ZnO纳米棒的Zn²⁺质量百分比一致（83.12±1.789 wt%至87.6±3.262 wt%），L/D型间无显著差异（图2a-c）。

图1.手性纳米激动剂D-His ZnO纳米棒激活EGFR促进神经损伤修复的机制示意图。 D-His ZnO纳米棒结合于细胞膜并激活EGFR，触发多条下游磷酸化级联信号通路。激活的信号网络协同增强神经细胞的增殖、分化和迁移能力，促进坐骨神经和脊髓损伤后的神经再生。

（2）手性依赖的神经细胞增殖促进效应

为探究手性ZnO纳米棒对神经细胞增殖的影响，研究选用两种神经元样细胞系（SH-SY5Y、PC12）和一种雪旺细胞系（RSC96）与五种手性ZnO纳米棒共培养。结果显示，五种手性ZnO纳米棒在所有细胞类型中均呈现剂量依赖性的手性效应：L-手性ZnO纳米棒显示浓度依赖性细胞毒性，而D-手性ZnO纳米棒在低浓度下增强细胞活力。其中，D-His ZnO纳米棒在5 μg·mL⁻¹浓度下表现出最优的增殖促进作用，24小时共培养后细胞活力分别达到117±3.5%（SH-SY5Y）、134±2.1%（PC12）和115±3.3%（RSC96）。活/死染色显示活细胞密度显著增加而无细胞死亡。该增殖促进作用可持续至少5天，细胞活力分别达到135±3.2%（SH-SY5Y）、143±3.6%（PC12）和120±4.3%（RSC96），表明D-His ZnO纳米棒具有良好的生物相容性和显著的神经细胞增殖促进作用。等效Zn²⁺和游离D-His均未观察到增殖增强效应，表明手性依赖的促增殖效应源于纳米结构本身，而非游离配体或溶解的Zn²⁺（图2d-f）。

图2.手性氧化锌纳米棒的合成及其对神经细胞增殖的手性依赖性影响。（a）手性氧化锌纳米棒合成示意图；（b）D-组氨酸、L-组氨酸及消旋组氨酸氧化锌纳米棒的透射电镜图像，比例尺：50 nm；（c）D-/L-/消旋型氧化锌纳米棒（实线）及相应配体（虚线）的圆二色光谱；（d）三种神经细胞与五种D-/L-/消旋型氧化锌纳米棒共培养24小时的细胞活力；（e）三种神经细胞与D-组氨酸氧化锌纳米棒（5 µg mL⁻¹）共培养及未添加纳米材料共培养24小时的活/死染色代表性图像，绿色为活细胞，红色为死细胞，比例尺：100 µm；（f）三种神经细胞与D-/L-/消旋型组氨酸氧化锌纳米棒共培养1至5天的细胞活力，以未添加纳米材料培养相应天数的细胞活力定义为100%，数据以均值±标准差表示（n=3）。

（3）手性依赖的神经细胞分化调控

神经细胞分化在神经系统再生修复中发挥核心作用。研究以F-actin免疫染色定量细胞铺展，将神经突起长度>50 μm的细胞定义为分化细胞，评估手性ZnO纳米棒对SH-SY5Y、PC12和RSC96三种细胞系分化的影响。5 μg·mL⁻¹手性ZnO纳米棒处理5天后，L-手性ZnO纳米棒组无明显形态变化，而D-手性ZnO纳米棒组呈现显著神经突起延伸。手性影响因子（CIF）分析显示所有D-手性ZnO纳米棒均为正值，L-手性均为"-1"。D-His ZnO纳米棒促分化效应最优，5天处理后三系细胞分化率分别从23±4.5%、18±8.4%、10±8.5%提升至85.3±4.3%、87±4.5%和50±8.7%，平均神经突起长度分别增至177±11.9 μm、185±22.8 μm和78±9.1 μm。免疫荧光显示D-His ZnO纳米棒处理后SH-SY5Y和PC12细胞的Tuj1荧光强度翻倍，RSC96细胞的c-Jun表达显著上调，证实其有效诱导神经元分化及雪旺细胞向rSC表型转分化（图3a-e）。

图3.神经细胞分化的手性依赖性。（a）手性氧化锌纳米棒诱导神经细胞分化示意图及分化/未分化细胞定义；（b）D-/L-型氧化锌纳米棒对三种神经细胞分化率的手性影响因子；（c）三种神经细胞与五种D-型手性氧化锌纳米棒（5 µg mL⁻¹）共培养1至5天的分化率；（d）三种神经细胞与D-组氨酸氧化锌纳米棒（5 µg mL⁻¹）共培养及未添加纳米材料共培养5天的代表性激光共聚焦荧光图像（左）及分化率和平均神经突起长度的半定量分析（右），蓝色为4',6-二脒基-2-苯基吲哚标记的细胞核，绿色为F-肌动蛋白标记的细胞骨架，比例尺：50 µm；（e）对照组与D-组氨酸氧化锌纳米棒（5 µg mL⁻¹）处理组的代表性免疫荧光染色图像（左）及平均荧光强度半定量分析（右），红色为SH-SY5Y和PC12细胞的β-微管蛋白及RSC96细胞的c-Jun，蓝色为细胞核，绿色为细胞骨架，比例尺：50 µm，未添加D-组氨酸氧化锌纳米棒但处于相同培养条件的细胞定义为对照组。

（4）D-His ZnO纳米棒通过细胞膜蛋白相互作用调控神经细胞行为

为阐明手性效应起源及D-His ZnO纳米棒调控神经细胞行为的机制，研究考察血清梯度条件下的手性效应：D-His ZnO纳米棒在所有培养条件下均呈正CIF值，但CIF随血清百分比增加而降低，证实D-手性效应源于其与神经细胞蛋白的定向相互作用，血清蛋白吸附可削弱该效应。配体交换实验显示，表面D-His替换为MCH后（D-His/MCH ZnO纳米棒），促分化效应显著减弱，分化率骤降至38±4.5%，仅略高于对照组（23±4.5%），突显表面D-His与细胞蛋白相互作用的关键作用。FITC标记的手性His-ZnO纳米棒与SH-SY5Y细胞共培养后，D-His ZnO纳米棒在细胞膜上的积累明显多于L-His对应物，半定量分析显示D-His组细胞膜荧光强度在各时间点均显著高于L-His组，表明D-His ZnO纳米棒对细胞膜具有更强的亲和力（图4a-e）。

图4.手性ZnO NRs调控神经细胞分化。（a）手性ZnO NRs诱导神经细胞分化示意图及分化判定标准；（b）D-/L-ZnO NRs对三种神经细胞分化的CIF分析；（c）三种神经细胞在五种D型ZnO NRs（5 µg mL−1）作用下1–5天的分化率；（d）有/无D-His ZnO NRs（5 µg mL−1）共培养5天的共聚焦图像及分化率与神经突长度分析；（e）免疫荧光染色及平均荧光强度分析（Tuj1或c-Jun）。

（5）D-His ZnO纳米棒通过激活EGFR调控神经细胞行为的分子机制

基于D-His ZnO纳米棒的细胞膜富集特征，研究通过RNA-seq探究其分子机制：SH-SY5Y细胞共鉴定出2568个差异表达基因（DEGs，1824个上调、744个下调），GO分析显示DEGs富集于神经细胞增殖、分化、迁移、轴突导向及RTKs相关通路，KEGG分析揭示MAPK、PI3K-Akt、cAMP、TGF-β、Hippo及Ca²⁺信号通路激活。鉴于RTKs相关DEGs的存在，研究假设D-His ZnO纳米棒直接激活RTKs。EGFR抑制剂吉非替尼（1 μM）显著降低细胞分化率和神经突起长度，50 μM时完全消除促分化效应，表明EGFR通路的关键作用。Western blot显示D-His ZnO纳米棒处理组p-EGFR显著升高而L-His组无此效应，证实手性依赖的EGFR激活；下游p-ERK1/2、p-JNK和p-p38显著升高，细胞内Ca²⁺水平增加且可被吉非替尼减弱，表明Ca²⁺为EGFR下游事件。荧光共定位显示D-His ZnO纳米棒与EGFR膜上广泛共定位（Pearson系数0.798），QCM证实其与EGFR胞外域结合（图5a-l）。

图5.D-His ZnO NRs调控神经细胞行为的机制。（a）RNA-Seq分析示意图；（b）基因总量及差异表达基因分布；（c）差异表达基因火山图；（d）GO富集分析；（e）KEGG通路富集分析；（f）EGFR抑制剂对细胞分化的影响；（g）分化率及神经突长度定量分析；（h）EGFR活化的Western blot分析；（i）下游信号蛋白表达分析；（j,k）细胞内Ca²⁺荧光成像及定量分析；（l）作用机制示意图。数据以mean ± SD表示（n=3）。

（6）D-His ZnO纳米棒促进坐骨神经损伤修复

基于EGFR有效激活对下游多重信号通路的成功调控，研究将D-His ZnO纳米棒掺入FDA批准的PLA-明胶电纺纳米纤维膜，制备D-His ZnO/PLA-Gel纳米纤维绷带。纳米纤维定向排列、直径均匀，D-His ZnO纳米棒分布均匀，保持促分化效应和良好生物降解性。结合ZnO压电性能及电刺激治疗益处，研究联合超声（US）治疗（0.5 W·cm⁻²，3 min，<40°C），US处理增强细胞分化效果并轻微加速膜降解和纳米棒释放。坐骨神经损伤（SNI）模型中，D-His ZnO/PLA-Gel+US组SFI值最接近正常，热板跳跃反应时间接近正常，CMAP波形与正常组相似且振幅显著恢复，腓肠肌湿重比最高且接近正常，有效防止肌肉萎缩。H&E染色显示该组神经元密度显著增加、神经纤维排列有序；免疫荧光显示GAP43、Tuj1、S100β和NF200阳性面积与正常组无显著差异；免疫组化显示IL-1β和IL-6表达降至正常水平，表明炎症最小化，神经再生成功（图6a-i、图7a-h）。

图6. D-His ZnO NRs纳米纤维敷料促进坐骨神经损伤修复。（a）SNI模型构建及实验流程示意图；（b）术后第28天足迹分析图；（c）不同处理组SFI变化；（d）热板实验反应时间；（e）CMAP电生理检测；（f）CMAP振幅定量分析；（g）腓肠肌形态图；（h）肌肉湿重比分析；（i）神经组织H&E染色。数据以mean ± SD表示（n=3）。

图7. 再生坐骨神经的免疫荧光及免疫组化分析。（a,b）GAP43与Tuj1免疫荧光染色及阳性面积定量分析；（c,d）S100β与NF200免疫荧光染色及阳性面积定量分析；（e,f）IL-1β免疫组化染色及阳性面积分析；（g,h）IL-6免疫组化染色及阳性面积分析。数据以mean ± SD表示（n=3）。

（7）D-His ZnO纳米棒增强脊髓损伤修复

基于外周神经损伤修复的鼓舞结果，研究进一步评估D-His ZnO在脊髓损伤（SCI）修复中的治疗潜力。采用重物坠落法建立挫伤型SCI模型，植入D-His ZnO/PLA-Gel纳米纤维绷带并每3天进行US治疗，通过BMS评估功能恢复。结果显示，D-His ZnO/PLA-Gel+US组第4周BMS评分达8.33±0.58，显著超过SCI组（2.33±0.58）并接近正常水平（9.0）。足印分析显示该组前/后肢运动协调，步长/步宽与正常小鼠无显著差异，恢复后肢负重能力。电生理检测显示SEP波形和振幅显著改善，接近正常传导，热反应潜伏期显著缩短。大体形态学显示该组损伤部位腔隙和瘢痕最大程度减少。H&E和甲苯胺蓝染色显示运动神经元边界清晰、突触结构明显。GAP43和NF200免疫荧光显示该组标志物密度与正常组无显著差异，功能性神经元和轴突密度恢复至正常水平；GFAP阳性面积显著低于SCI组且与正常组无差异，表明胶质瘢痕形成有效减弱。膀胱组织H&E显示SCI诱导的水肿、肌束紊乱、壁增厚和逼尿肌肥大显著减轻，对神经源性膀胱具有预防作用。主要器官H&E染色无显著病理改变，证明长期生物相容性良好（图8a-g、图9a-g）。

图8. D-His ZnO NRs纳米纤维敷料促进脊髓损伤修复。（a）实验流程示意图；（b）不同处理组BMS评分；（c）术后第28天足迹分析图；（d,e）后足步长与步宽定量分析；（f）SEP电生理检测；（g）SEP振幅定量分析。数据以mean ± SD表示（n=3）。

图9.脊髓及膀胱组织修复的组织学分析。（a,b）脊髓组织H&E及甲苯胺蓝染色；（c,d）NF200与GAP43免疫荧光染色及阳性面积定量分析；（e,f）GFAP免疫荧光染色及阳性面积定量分析；（g）膀胱组织H&E染色。数据以mean ± SD表示（n=3）。