针对上述问题，首都医科大学附属北京天坛医院张伟教授、何文教授团队联合中国科学院自动化研究所惠辉研究员、贾晓华研究员团队创新性地构建了一种多功能脑靶向纳米平台（RFP）用于脑缺血再灌注损伤（CIRI）的多通路协同治疗。平台以c(RGDyK)肽修饰的脂质体为载体：将疏水性铁死亡抑制剂Fer-1嵌入脂质双分子层、亲水性Pt基MXene纳米酶（Pt-Ti₃C₂）包裹于内核，实现组分空间分离以避免相互干扰；表面cRGD肽靶向脑缺血区高表达的整合素αvβ₃，介导病灶精准递送。功能上，Pt-Ti₃C₂通过SOD/CAT样酶活性清除多种活性氧（ROS）、抑制氧化应激，Fer-1阻断脂质过氧化以抑制铁死亡，二者协同并进一步抑制病理性胶质细胞活化、减轻神经炎症，从而实现对CIRI氧化应激、铁死亡与神经炎症多条病理通路的多效干预。该文章于 2025年11月21日以《Neuroprotective Nanoplatform Integrating Antioxidant MXene Nanozymes and Ferroptosis Inhibitors for Targeted Therapy of Cerebral Ischemia-Reperfusion Injury》为题发表于《Advanced Science》（DOI：10.1002/advs.202516001）。

方案1. RFP的制备过程及治疗机制示意图。A）RFP纳米粒的制备过程示意图。B）RFP纳米粒通过重塑受损微环境挽救神经元损伤的治疗机制示意图。

（1）纳米尺度体系的制备与表征

以氟盐/强酸刻蚀结合原位还原法制备Pt-Ti₃C₂ MXene。TEM和SEM显示材料保留二维层状结构，Pt纳米颗粒均匀负载于基底表面（图1A）；HRTEM测得0.22 nm晶格间距，对应Pt(111)晶面（图1B）；SAED证实Pt纳米颗粒为面心立方结构且与基底形成清晰界面（图1C）。EDS显示Ti、C、Pt元素分布，Pt负载量为2.42 wt.%（图1D）。XPS证实材料由Ti、C、Pt和O组成：Ti 2p在455.0 eV和C 1s在282.0 eV的特征峰验证MXene骨架完整；Pt 4f双峰（71.0/74.3 eV）表明Pt以金属态存在，且Ti 2p、C 1s峰位偏移表明Pt与Ti₃C₂之间存在电子转移（图1E–H）。XRD在9°–10°出现MXene（002）峰，39.8°对应fcc-Pt（111）晶面。

将Pt-Ti₃C₂ MXene纳米酶与铁死亡抑制剂Fer-1负载于脂质体，构建RF、RP、FP及cRGD靶向RFP四种体系（图1I）。TEM和SEM显示脂质体呈近球形、膜结构完整、无聚集（图1J）。RFP平均粒径为191.33±4.16 nm，Zeta电位−30.87±0.64 mV，多批次合成粒径均一、电位稳定，可重复性好；Fer-1包封率85.5%，载药率10.18%。体外释放呈双相特征：0–24 h释放55%，72 h累积释放60%（图1K）。FTIR在1650 cm⁻¹处酰胺I带证实cRGD修饰完整（图1L）；UV–vis中Fer-1在280 nm特征峰与Pt-Ti₃C₂在200–300 nm宽吸收带共存（图1M），表明两组分在脂质体内空间分离。

图1. 合成与表征。A）Pt-Ti₃C₂的TEM图像（比例尺，100 nm）。B）Pt-Ti₃C₂的HRTEM图像（比例尺，5 nm）。C）Pt-Ti₃C₂的SAED图谱（比例尺，5 nm⁻¹）。D）Pt-Ti₃C₂的EDS元素映射（比例尺，200 nm）。E）Pt-Ti₃C₂的XPS全谱。F–H）Pt-Ti₃C₂中Ti（F）、C（G）和Pt（H）的XPS谱。I）RFP纳米粒制备过程示意图。J）RFP纳米粒的TEM图像（比例尺，100 nm）。K）RFP纳米粒的Fer-1累积释放曲线。L）RFP纳米粒的FTIR光谱。M）RFP纳米粒的UV–Vis光谱。

（2）Pt-Ti₃C₂ MXene体外SOD/CAT样酶活性评价

过量活性氧（ROS）是诱发氧化应激与铁死亡的关键诱因。Pt-Ti₃C₂ MXene纳米酶中，Pt纳米颗粒的fcc结构提供丰富活性位点，Ti₃C₂基底经表面官能团与二维导电结构协同提升ROS清除效率（图2A）。ESR证实Pt-Ti₃C₂清除•O₂⁻的能力显著强于Ti₃C₂，信号强度接近基线（图2B），对·OH的清除亦显著优于Ti₃C₂（图2C）。酶动力学显示，其SOD样活性符合Michaelis–Menten饱和动力学，40 μg mL⁻¹时•O₂⁻抑制率达50%，160 μg mL⁻¹时达70%并趋于平衡（图2D）；CAT样活性随浓度（10–80 μg mL⁻¹）增加使H₂O₂在240 nm处特征峰系统性下降（图2E）；DPPH清除率随浓度（50–400 μg mL⁻¹）升高而增大，400 μg mL⁻¹时超过90%（图2F）。

DFT计算表明，Pt原子稳定锚定于Ti₃C₂六元环中心（图2G、H），几何位阻与表面重构使H₂O₂吸附能从Ti₃C₂的−3.66 eV优化至−1.44 eV（图2I、J），符合Sabatier原理；Pt-Ti₃C₂与H₂O₂间的电荷转移量（0.84e）高于Ti₃C₂（0.77e）（图2K、L），归因于Pt的供电子效应；态密度表明Pt修饰未改变Ti₃C₂本征电子结构。过渡态计算确认Pt为主要催化活性中心，活化能仅0.0098 eV（≈0.225 kcal mol⁻¹）（图2M），能垒趋近于零。

图2. Pt-Ti₃C₂ MXene的SOD样/CAT样酶活性。A）Pt-Ti₃C₂ MXene纳米酶催化活性示意图。B、C）ESR光谱分析Pt-Ti₃C₂ MXene体外清除•O₂⁻（B）和·OH（C）的能力。D、E）Pt-Ti₃C₂ SOD样酶活性（D）和CAT样活性（E）的定量表征结果。F）Pt-Ti₃C₂体外DPPH清除能力的定量分析结果。G、H）Ti₃C₂（G）和Pt-Ti₃C₂（H）的结构示意图（上：俯视图；下：侧视图）。I、J）H₂O₂吸附前（左）后（右）Ti₃C₂（I）和Pt-Ti₃C₂（J）的结构示意图。K、L）Ti₃C₂（K）和Pt-Ti₃C₂（L）的差分电荷密度分析，黄色代表电子消耗，青色代表电子累积。M）H₂O₂吸附后Pt-Ti₃C₂初始态与过渡态的结构示意图（上：初始态；下：过渡态）。

（3）RFP体外抑制氧化应激与铁死亡能力的评估

CCK-8实验显示，HT22细胞与不同浓度RFP共孵育24 h后活性未受显著抑制，表明RFP生物相容性良好。共聚焦观察显示RFP@Cy5.5共孵育30 min后在HT22细胞内显著富集（图3A）。bEnd.3细胞构建的体外血脑屏障（BBB）模型跨内皮电阻（TEER）稳定在200 Ω·cm²以上。通透性研究显示，24 h后cRGD靶向的RFP@Cy5.5跨屏障转运率显著高于无靶向FP@Cy5.5（图3B），且两种制剂均未显著影响bEnd.3细胞活性。共培养体系中，RFP@Cy5.5被下层HT22神经元细胞内化更多（图3C、D），实现"穿透–摄取"序贯递送。

氧糖剥夺/复氧（OGD/R）处理的HT22细胞用于模拟体外损伤。流式检测显示，OGD/R组（G2）ROS较正常组（G1）显著升高，RF、RP、FP、RFP干预后均有下降，RFP可将ROS降至接近正常（图3E）；Liperfluo检测显示各组脂质过氧化产物均有减轻，RFP效果最显著（图3F）；JC-1检测显示各组均显著恢复线粒体膜电位，RFP最为突出（图3G）；Annexin V-FITC/PI双染显示RFP细胞保护能力最强（图3H）；各组均可逆转GSH下降和MDA升高（图3I、J），并逆转FTH1、GPX4下调及TfR1上调，RFP效果最显著（图3K）。

图3. RFP通过清除HT22细胞ROS并抑制铁死亡从而保护细胞。A）RFP与HT22细胞共孵育30 min后的细胞摄取图像（1000×）。B）游离FP@Cy5.5与RFP@Cy5.5通过体外BBB模型的穿透百分比，结果以均值±SD表示，n = 5。C）体外BBB Transwell模型示意图。D）与不同纳米粒孵育24 h后下层HT22细胞的共聚焦图像（600×）。E）各组细胞ROS水平的流式细胞术检测结果。F）各组细胞脂质过氧化物水平的流式细胞术检测结果。G）各组细胞线粒体膜电位水平的流式细胞术检测结果。H）各组细胞凋亡水平的流式细胞术检测结果。I）各组细胞GSH含量检测结果，结果以均值±SD表示，n = 5。J）各组细胞MDA含量检测结果，结果以均值±SD表示，n = 5。K）各组细胞铁死亡相关蛋白FTH1、GPX4和TFR1免疫荧光染色的代表性图像（比例尺，20 μm）。

（4）cRGD修饰的RFP纳米粒实现高效血脑屏障穿透、缺血半球靶向蓄积及显著治疗效果

该研究通过诱导C57小鼠短暂性脑缺血1.5 h后再灌注建立tMCAO/R模型，拔线后经尾静脉注射纳米粒干预（图4A）。IVIS荧光成像显示：Sham组颅内信号4 h达峰后迅速下降，16和24 h仅见微弱信号；FP@Cy5.5组tMCAO/R小鼠4 h达峰、衰减较慢；RFP@Cy5.5组2 h即达峰值并维持24 h高荧光水平，实现快速蓄积与长效滞留（图4B）。24 h离体成像显示，RFP@Cy5.5组全脑荧光信号更强，缺血侧/对侧信号比显著高于FP@Cy5.5组（图4C），表明cRGD修饰通过被动蓄积与主动靶向结合实现向缺血区高效递送。

Longa神经功能评分显示，tMCAO/R组（G2）较假手术组（G1）神经功能障碍严重，RF、RP、FP、RFP治疗后均有不同程度恢复，RFP组改善最显著（图4D）。TTC染色及定量显示各组均缩小梗死体积，RFP可将梗死体积缩小至脑总体积10%以下（图4E、F）。DHE检测显示tMCAO/R组脑内ROS显著升高，各治疗组均有降低，RFP组降低最明显（图4G、H）。免疫荧光染色显示，RFP显著上调脑内FTH1、GPX4表达，下调TfR1表达（图4G、I–K）。

图4. RFP在tMCAO/R小鼠中的治疗效果及其对铁死亡的抑制作用。A）tMCAO/R小鼠模型构建示意图。B）注射FP@Cy5.5或RFP@Cy5.5后tMCAO/R模型小鼠不同时间点的代表性IVIS图像。C）注射FP@Cy5.5或RFP@Cy5.5 24 h后tMCAO/R小鼠全脑及脑切片的代表性IVIS图像。D）各治疗组的神经功能评分，n = 6。E、F）各组小鼠TTC脑切片染色结果及梗死体积的定量分析，结果以均值±SD表示，n = 6。G）各组小鼠脑组织中ROS及铁死亡相关蛋白FTH1、GPX4、TFR1免疫荧光染色的代表性图像（比例尺，40 μm）。H–K）ROS（H）、FTH1（I）、GPX4（J）和TFR1（K）免疫荧光染色结果的半定量分析。

（5）RFP对tMCAO/R小鼠铁死亡的抑制作用及对炎症微环境的调控

透射电镜观察显示，tMCAO/R组（G2）小鼠脑细胞线粒体受损严重，表现为肿胀、膜密度增加和嵴结构异常；而RFP（G6）组小鼠缺血半暗带的线粒体形态得到恢复（图5A）。生化检测进一步证实，各治疗组（尤其是RFP组）显著降低了缺血半球脑组织的铁含量和MDA水平，同时升高了GSH水平（图5B–D）。

氧化应激产生的大量ROS和铁死亡神经元释放的DAMPs可强力驱动周围胶质细胞（尤其是小胶质细胞和星形胶质细胞）的活化，导致炎症级联反应。免疫荧光结果显示，tMCAO/R组缺血侧小胶质细胞和星形胶质细胞显著浸润活化：GFAP阳性星形胶质细胞数量显著增加，细胞突起变得更粗、更长、分支更密集；Iba-1阳性小胶质细胞数量也显著增加，胞体变大变圆，突起变短变粗、数量减少甚至消失。纳米粒处理可不同程度逆转上述异常变化并抑制神经炎症，其中RFP表现出更优的抗炎能力，通过调控促炎微环境获得更好的治疗效果（图5E）。

图5. RFP对tMCAO/R小鼠铁死亡的抑制作用及其对炎症微环境的调控。A）不同治疗组小鼠脑缺血半暗带线粒体形态的代表性TEM图像，蓝色箭头指示正常线粒体，红色箭头指示异常线粒体（比例尺，100 nm）。B–D）不同治疗组小鼠脑缺血半暗带中铁总含量（B）、MDA（C）和GSH（D）的检测，结果以均值±SD表示，n = 5，****p < 0.0001。E）不同治疗组小鼠脑内神经元（NeuN）、小胶质细胞（Iba-1）和星形胶质细胞（GFAP）的免疫荧光染色图像（比例尺分别为2 mm和100 μm）。

（6）基于多组学分析的RFP治疗机制

对tMCAO/R组与RFP治疗组缺血侧脑组织进行转录组、蛋白质组和代谢组整合分析。火山图显示三组学维度上两组均存在显著差异（图6A–C）。转录组鉴定830个差异表达基因：铁死亡抑制相关Hamp、Hilpda及抗氧化、线粒体稳态相关Ucp2、Mt1、Mt2显著上调，促铁死亡Steap3显著下调，多个炎症相关基因亦显著变化（图6A）。蛋白质组鉴定305个差异表达蛋白：Fth1、ApoA4、Ckm显著上调，Acsm3、Mtfr1l显著下调（图6B）。代谢组鉴定486个差异代谢物：DHA等保护性代谢物显著增加，氧化型谷胱甘肽等显著减少（图6C）。热图分析显示RFP协同逆转铁死亡、抑制氧化应激、维持线粒体稳态并调控神经炎症（图6D–F）。GO富集分析显示差异分子显著富集于铁死亡、氧化应激、线粒体稳态和免疫炎症相关通路（图6G、H），KEGG富集结果一致（图6I–K）。

图6. tMCAO/R模型小鼠与RFP治疗组小鼠脑组织的转录组学、蛋白质组学和代谢组学测序结果分析。A）两组间差异表达基因（DEGs）的火山图。B）两组间差异表达蛋白（DEPs）的火山图。C）两组间差异代谢物的火山图。D）两组间DEGs的热图。E）两组间DEPs的热图。F）两组间差异代谢物的热图。G、H）两组间DEGs（G）和DEPs（H）的GO富集分析结果。I–K）两组间DEGs（I）、DEPs（J）和差异代谢物（K）的KEGG富集分析结果。

（7）转录组GSEA与多组学联合分析及分子机制验证

转录组GSEA分析显示，RFP治疗组激活线粒体能量代谢通路并调控免疫炎症通路（图7A–F）。三组学联合分析显示，RFP治疗后RNA、蛋白质和代谢物水平的多条通路显著改变，其中铁死亡、氧化应激、线粒体功能和免疫炎症相关通路改变尤为突出（图7G、H）。

qRT-PCR验证显示，RFP显著上调缺血脑组织Hamp、Ucp2的mRNA表达，下调Steap3的mRNA表达（图7I–K）：Hamp通过抑制FPN1铁输出减少游离铁蓄积；Ucp2降低线粒体膜电位、减少ROS产生并维持线粒体铁稳态；Steap3下调抑制溶酶体铁释放，与Hamp协同抑制铁死亡。免疫荧光染色验证显示，RFP组APOA4显著上调，Cleaved-Caspase-3和S100A11显著下调（图7L）：APOA4参与脂质稳态并抑制促炎因子释放；Cleaved-Caspase-3降低提示凋亡减少；S100A11降低提示炎症级联反应受抑。体内生物安全性评估显示，四种纳米粒处理后主要脏器组织结构完整，血清ALT、AST均在正常范围，未引起明显器官功能障碍。

图7. 脑组织的转录组测序GSEA分析结果及tMCAO/R模型小鼠与RFP治疗组小鼠的多组学联合分析结果。A–F）转录组测序GSEA分析结果。G）展示转录组、蛋白质组和代谢组测序结果相关性的象限图。H）转录组学、蛋白质组学和代谢组学测序结果的联合KEGG富集分析结果。I–K）各组小鼠脑组织中Hamp（I）、Ucp2（J）和Steap3（K）mRNA表达水平的检测结果，结果以均值±SD表示，n = 3。L）各组小鼠脑组织中APOA4、Cleaved-Caspase-3和S100A11免疫荧光染色的代表性图像（比例尺，40 μm）。