针对上述问题，华东理工大学刘昌胜、上海交通大学何前军、中科院深圳先进研究院李光林及唐为团队受到炎症状态下天然免疫招募机制的启发，开发了一种炎症血管靶向锚定型氢气释放纳米体系（ZSNP）。该体系以硅化锆纳米粒为氢气供体，表面修饰 P‑选择素结合肽，可精准锚定在炎症激活的血脑屏障血管处，通过原位水解持续产生氢气；氢气自主扩散穿透血脑屏障进入脑实质，无需纳米粒本身入脑蓄积，即可发挥抗氧化、抗炎、调控小胶质细胞表型、促进血管再生与神经发生的作用，并通过非经典 Wnt/Ca²⁺通路改善神经元‑小胶质细胞交互，重建神经血管网络，最终实现优于依达拉奉的神经保护与功能恢复效果。该文章于2026年2月25日以《Inflamed vessel–anchored release of H₂ across the blood-brain barrier for ischemic stroke neuroprotection》为题发表于《Science Advances》（DOI：10.1126/sciadv.aea3355）。

（1）炎症血脑屏障锚定氢气释放体系（ZSNP）的设计与表征

如图 1A 所示，团队设计了可锚定在炎症血管、原位水解产氢并让 H₂跨血脑屏障的纳米体系，实现不进入脑实质即可神经保护。如图 1B，通过硅烷偶联剂将 P‑选择素靶向肽共价接枝到 ZrSi₂纳米粒表面制备 ZSNP。FTIR 结果显示，多肽成功接枝，出现脲键、酰胺键与 Si‑O‑Si、Si‑C 特征峰（图 1C）。TEM 显示 ZSNP 形貌均一、分散性良好（图 1D）；DLS 与电位表明，修饰后粒径无明显变化，电位由正变负（图 1E、1F）。H₂测试表明，多肽修饰不影响产氢能力，ZSNP 可连续产氢长达 5 天（图 1G）。在 tMCAO 小鼠模型中，静脉注射后 ZSNP 可显著富集于缺血侧大脑（图 1H、1I）；荧光成像与定量显示，ZSNP 在缺血半球的富集量约为 ZSN 的 2 倍（图 1J、1K）。共定位与 3D 重构证实，ZSNP 特异性锚定在 P‑selectin 阳性的炎症血管内皮上（图 1L）；H₂微电极检测显示，ZSNP 在缺血脑区实现稳定持续的 H₂释放（图 1M）。

图1. 炎症BBB锚定H₂释放系统的设计与表征。（A）ZSNP炎症BBB靶向及H₂释放用于缺血性卒中治疗的示意图；（B）ZSNP制备合成示意图；（C）ZSN、P-选择素结合肽（P-peptide）及ZSNP的傅里叶变换红外光谱（FTIR），光谱垂直偏移以清晰展示；（D）ZSNP代表性透射电子显微镜（TEM）图像；（E、F）ZSN和ZSNP的粒径分布及Zeta电位；（G）H₂微电极检测ZSNP在去离子水中的H₂释放曲线；（H）小鼠tMCAO模型及体内靶向评估时间线示意图；（I）脑组织照片，红色三角指示ZSNP在缺血半球聚集；（J、K）Cy5标记ZSN和Cy5标记ZSNP在tMCAO小鼠及假手术小鼠缺血半球的离体荧光图像（J）及荧光强度定量（K）（n=4），定量测量为同侧半球与对侧半球荧光强度比值；（L）Cy5标记ZSN或Cy5标记ZSNP（灰色）与P-选择素（绿色）及血管凝集素（lectin，红色）共定位的代表性共聚焦图像，荧光图像中白线示沿线段荧光强度共定位分析，3D重建图像由Imaris软件处理高分辨共聚焦图像生成；（M）tMCAO小鼠缺血半球ZSNP释放H₂浓度（n=3）。比例尺：（D）500 nm；（I）及放大图分别为50和10 μm。数据以均值±SD表示，统计显著性由单因素方差分析（ANOVA）及Tukey事后检验确定（K）。

（2）ZSNP 释放的 H₂穿越血脑屏障并发挥优于依达拉奉的免疫调节作用

如图 2A 所示，在 3D 干细胞球模型中，ZSNP 主要富集在球体表面无法进入内部，而其释放的 H₂可快速渗透到球芯。如图 2B–C，微流控芯片构建的体外血脑屏障模型中，左侧通道共培养 bEnd.3 细胞与周细胞形成紧密连接（图 2D）；向左侧通道加入 Cy5 标记的 ZSNP 后，15 分钟内即可在右侧脑实质模拟通道检测到明显的 H₂信号（图 2E）。如图 2F，Transwell 血脑屏障模型显示，ZSNP 无法穿过上层 bEnd.3 单层，但释放的 H₂可在 10 分钟内穿透到下层小胶质细胞，并随时间逐渐增强（图 2G–H）。在 TNF‑α 刺激的共培养模型中，ZSNP 可显著清除 ROS、降低 iNOS 和 γH2AX 水平，并提高 ARG1 表达，综合抗炎抗氧化效果显著优于依达拉奉（图 2I–J）。

图2. ZSNP释放H₂穿越BBB并发挥免疫调节效应。（A）H₂在MSC球体中的时间依赖性渗透；（B）微流控芯片体外BBB模型设计示意图，左侧通道含共培养bEnd.3细胞和周细胞以建立BBB，中间通道脑细胞经H₂探针预处理后接种于Matrigel；（C）芯片中细胞培养的明场显微镜图像；（D）左侧BBB通道VE-cadherin免疫染色确认紧密连接形成；（E）右侧脑细胞通道H₂信号共聚焦图像，Cy5标记ZSNP注入左侧BBB通道，15 min后观察右侧通道H₂探针表达；（F）体外Transwell BBB模型设计示意图；（G、H）Transwell BBB模型中H₂渗透的代表性共聚焦图像（G）及定量分析（H）（n=5）；（I）下层小室微胶质炎症相关生物标志物（ROS、iNOS、ARG1和γH2AX）共聚焦图像；（J）各标志物表达的相应定量分析（n=6）。比例尺：（A）100 μm；（C-E）100 μm；（G）20 μm；（I）40 μm。数据以均值±SD表示，统计显著性由单因素ANOVA及Tukey事后检验确定。

（3）ZSNP减轻脑卒中后脑组织坏死并抑制神经炎症激活

如图 3A 为动物实验设计方案，分别尾静脉注射依达拉奉与 ZSNP 并持续评估 14 天。如图 3B–C，伊文思蓝染色结果显示，ZSNP 可显著降低血脑屏障渗漏，保护血脑屏障完整性，效果略优于依达拉奉。如图 3D–E，TTC 染色显示 ZSNP 处理后脑梗死面积显著减小，优于 PBS 组且略优于依达拉奉组。如图 3F–G，激光散斑成像显示 ZSNP 可显著提升缺血侧脑血流灌注，长期效果优于依达拉奉。如图 3H–I，免疫荧光显示 ZSNP 显著减少胶质瘢痕形成，并大幅提升缺血区 Glut‑1 阳性微血管密度。如图 3J–L，Iba‑1 染色显示 ZSNP 使小胶质细胞向稳态形态转化，显著降低梗死周围区小胶质细胞聚集。如图 3M，ELISA 证实 ZSNP 显著降低 IL‑1α、IL‑1β、IL‑2、TNF‑α 等促炎因子，同时升高抗炎因子 IL‑4，抗炎效果与依达拉奉相当。

图3. ZSNP减轻缺血性卒中后脑组织坏死并减弱神经炎症激活。（A）实验设计示意图，依达拉奉（1 μg·g⁻¹体重，每日）和ZSNP（10 μg·g⁻¹体重，隔日）静脉给药14天；（B、C）卒中后3天不同处理组tMCAO小鼠卒中区域Evans blue外渗代表性图像（B）及分光光度法定量（C）（n=4）；（D、E）卒中后3天TTC染色脑切片代表性图像（D）及相对梗死面积定量（E）（n=7），绿色虚线圈示梗死区域；（F、G）代表性激光多普勒扫描（F）及血流灌注百分比定量（G）（n=3）；（H）各处理14天后缺血病灶及周围GFAP⁺星形胶质细胞（绿色）和Glut-1⁺血管（红色）免疫荧光图像，白色星号示梗死区；（I）Glut-1阳性面积相应定量（n=5）；（J）治疗7天后缺血病灶及周围Iba-1⁺微胶质免疫染色；（K）Iba-1⁺微胶质表面积和体积定量（n=5）；（L）半暗带Iba-1⁺微胶质相对面积（n=5）；（M）卒中后第7天炎症因子水平（n=3）。比例尺：100 μm（H、J）；5 μm（J放大图）。数据以均值±SD表示，统计显著性由单因素ANOVA（C、E、I、K、L、M）或双因素ANOVA（G）及Tukey事后检验确定。

（4）ZSNP 通过调控小胶质细胞促进缺血性脑损伤修复

如图 4A 为小胶质细胞清除实验方案，采用 PLX5622 饲料特异性清除小鼠脑内小胶质细胞。如图 4B–C，TTC 染色结果显示，清除小胶质细胞后，ZSNP 的脑梗死缩小效果几乎完全消失。如图 4D–E，免疫荧光显示小胶质细胞清除后，ZSNP 诱导的 Glut‑1 阳性血管新生被显著抑制。如图 4F–G，NF200 染色显示小胶质细胞清除后，ZSNP 促进的轴突生长也明显减弱。如图 4H，主成分分析显示 ZSNP 组小胶质细胞转录谱与 PBS 组、依达拉奉组显著区分。如图 4I，GO 富集分析显示 ZSNP 上调血管生成、创伤愈合、神经系统发育等修复相关通路。如图 4J，GSEA 分析显示 ZSNP 正向富集血管生成、轴突发生、神经元分化等通路。如图 4K–L，热图显示 ZSNP 下调促炎基因、上调脑修复相关基因。如图 4M，定量 FPKM 值证实 ZSNP 显著上调 Wnt5a、Vegfa、Camk2g 等修复关键基因。如图 4N，细胞共培养实验证实 H₂通过非经典 Wnt/Ca²⁺通路改善小胶质细胞‑神经元相互作用，抑制该通路则神经保护作用消失。

图4. ZSNP通过微胶质调控促进缺血性脑修复。（A）PLX5622饮食耗竭微胶质实验设计示意图；（B）有无微胶质耗竭的ZSNP治疗tMCAO小鼠TTC染色脑切片代表性图像；（C）梗死面积定量（n=5）；（D、E）ZSNP治疗tMCAO小鼠有无微胶质耗竭的Glut-1免疫染色代表性图像（D）及定量分析（E）（n=7）；（F、G）NF200免疫染色代表性图像（F）及相对NF200面积定量（G）（n=6）；（H）基因表达谱主成分分析（PCA）（n=3-4）；（I）ZSNP vs PBS微胶质中前15富集生物学过程；（J）GSEA鉴定的富集基因集，显示标准化富集评分（NES）、名义P值和错误发现率（FDR）；（K、L）ZSNP vs PBS微胶质中炎症基因（K）和脑修复相关基因（L）热图；（M）ZSNP vs PBS微胶质中脑修复相关基因FPKM值；（N）H₂介导微胶质-神经元互作示意图及共培养实验。比例尺：100 μm（D、F）；50 μm（N）。数据以均值±SD表示，统计显著性由非配对双尾Student t检验确定。

（5）ZSNP 促进缺血性脑损伤后的神经发生、轴突再生与血管生成

如图 5A–B，免疫荧光结果显示，ZSNP 处理后皮层中 Ki67⁺/Dcx⁺增殖性神经母细胞数量显著高于 PBS 组和依达拉奉组。如图 5C–D，ZSNP 显著提升海马 Dcx⁺神经母细胞数量，并将其向缺血皮层迁移的距离延长至依达拉奉组的约 2.3 倍。如图 5E–H，术后 14 天的 NF200 染色显示，ZSNP 显著增加梗死灶内及周边的轴突密度与浸润深度，效果优于依达拉奉。如图 5I–J，12 周 H&E 和 Nissl 染色显示，ZSNP 组脑坏死区域显著减少、神经元结构完整，修复效果强于依达拉奉。如图 5K–N，12 周 NF200 染色进一步证实，ZSNP 长期提升轴突面积与浸润深度，效果持续稳定。如图 5O，12 周免疫荧光显示 ZSNP 组血管（Glut‑1）与轴突（Tuj‑1）空间共定位良好，神经血管网络重建完整。如图 5P，ZSNP 促进周细胞（PDGFR‑β）与星形胶质细胞足突（Aqua‑4）对血管的成熟包被，恢复神经血管单元正常结构。

图5. ZSNP促进神经发生、轴突萌芽和血管生成对抗缺血性脑损伤。（A、B）同侧皮层增殖性神经母细胞（Ki67⁺Dcx⁺）代表性免疫染色图像（A）及定量（B）（n=6）；（C、D）海马Dcx⁺神经母细胞向半暗带皮层迁移代表性免疫染色图像（C）及迁移距离定量（D）（n=5）；（E）卒中后第14天梗死区及周围（）轴突神经丝（NF200）代表性免疫染色图像；（F-H）卒中后第14天病灶内及周围轴突面积及浸润距离定量（n=4）；（I、J）卒中后12周不同处理脑组织H&E染色（I）和Nissl染色（J）；（K）卒中后12周病灶内及周围（）轴突神经丝（NF200）代表性免疫染色图像；（L-N）卒中后12周病灶内及周围轴突面积及浸润距离定量（n=4）；（O）卒中后12周梗死区血管（Glut-1）和轴突神经丝（Tuj-1）代表性免疫染色图像；（P）卒中后12周卒中病灶周细胞（PDGFR-β）与血管（Glut-1）及星形胶质细胞足突（Aqua-4）共染色代表性免疫染色图像。比例尺：100 μm（A、C、E、K）；50 μm（O、P）。数据以均值±SD表示，统计显著性由单因素ANOVA及Tukey事后检验确定。

（6）ZSNP 通过增强轴突连接与神经元活性恢复脑卒中后运动功能

如图 6A–D，一系列行为学测试（平衡木、网格行走、圆柱实验、意面实验）结果显示，ZSNP 治疗后小鼠运动功能、平衡能力、前肢灵活性与精细操作能力均随时间显著改善，效果明显优于依达拉奉。如图 6E，化学遗传沉默 ZSNP 诱导的轴突投射后，小鼠运动功能恢复效果被显著逆转，证实轴突网络是功能恢复的关键。如图 6F–G，12 周 c‑Fos 免疫荧光显示，ZSNP 组缺血脑区神经元活性显著增强，是依达拉奉组的 3.9 倍。如图 6H–I，BDA 顺行示踪显示，ZSNP 组梗死灶周边有大量神经元轴突长入损伤区，形成功能性神经连接。如图 6J，机制示意图总结：ZSNP 锚定炎症血管→原位持续释 H₂→抗氧化抗炎→调控小胶质细胞→激活 Wnt/Ca²⁺通路→促进血管新生、神经发生与轴突生长→实现神经保护与功能重建。

图6. ZSNP通过增强轴突连接和神经元活性恢复卒中后运动功能。（A-D）卒中后1、4、8、12周tMCAO小鼠行为学评估（n=6）：横梁行走测试评估整体运动能力和平衡（A），网格测试评估对侧后肢足错误（B），圆柱测试测量对侧前肢灵巧度（C），意大利面测试检查对侧前爪敏感性（D）；（E）AAV9/CNO顺序注射诱导神经元沉默的ZSNP治疗小鼠行为学测试；（F、G）卒中后12周梗死区c-Fos免疫染色代表性图像（F）及定量（G）（n=7）；（H、I）卒中后12周同侧半球BDA示踪神经元免疫染色代表性图像（H）及定量分析（I）（n=4）；（J）ZSNP治疗缺血性卒中的 proposed mechanisms 示意图。比例尺：（F、H）100 μm。数据以均值±SD表示，统计显著性由双因素ANOVA及Tukey事后检验（A-D）、单因素ANOVA及Tukey事后检验（G、I）或非配对双尾Student t检验确定。