UCP2在IBD中的作用及靶向IBD病灶的OPR合成
研究通过对人类数据集（GEO: GSE179285）的分析及IBD患者结肠样本的验证发现，UCP2在IBD患者的肠上皮细胞中高表达。这与活性氧（ROS）水平升高、线粒体DNA（mtDNA）释放、细胞骨架崩溃以及GSDME介导的细胞焦亡等病理特征密切相关。为靶向治疗这一靶点，研究团队开发了口服质子重编程纳米药物（OPR）。OPR由栀子苷（GP，一种强效UCP2抑制剂）与甘氨酸聚合而成，形成粒径约5-10 nm的球形纳米颗粒，表面带负电。实验表明，OPR在模拟胃液中稳定，在模拟肠液（pH=6.5，模拟IBD病灶微环境）中能持续释放GP长达6天。其表面负电荷使其能通过电荷吸引，特异性靶向IBD结肠炎症部位（该部位因粘蛋白减少和转铁蛋白等带正电蛋白积聚而呈正电性），并在线粒体外膜蛋白（如TOM20/TOM34/VDACs）处富集。体内分布实验证实，口服OPR后能特异性地在IBD小鼠结肠病灶处富集并滞留长达72小时，同时血液中GP浓度极低，表明其具有良好的肠道靶向性和较低的全身暴露风险。
OPR对IBD的治疗效果
在右旋葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导的IBD小鼠模型中，口服OPR（5 mg/kg，隔日一次）展现了卓越的治疗效果。在体重恢复、疾病活动指数（DAI）评分、结肠长度恢复以及结肠组织病理学改善（如隐窝结构恢复、炎症细胞浸润减少）等方面，OPR的疗效均显著优于一线临床药物5-氨基水杨酸（5-ASA）、地塞米松（DEX）、JAK1抑制剂乌帕替尼（UPA）和TNF-α单抗英夫利西单抗（INF）。单纯的GP由于缺乏肠道靶向能力，治疗效果甚微。毒性实验表明，OPR在细胞和动物水平均表现出良好的生物相容性和安全性。
OPR对艰难梭菌毒性的抑制作用
肠道菌群分析显示，OPR治疗能恢复IBD小鼠紊乱的肠道菌群，显著降低Clostridium difficile（艰难梭菌）的相对丰度。机制研究表明，OPR和GP能特异性拮抗C. difficile毒素B（TcdB）对HT29细胞的毒性作用，但对其他细菌毒素如脆弱拟杆菌毒素（BFT）、金黄色葡萄球菌α-溶血素（SAH）和志贺毒素2（Stx2）无显著效果。TcdB通过糖基化修饰Ras相关C3肉毒毒素底物1（Rac1），破坏其下游信号，导致细胞骨架崩溃。OPR/GP处理能恢复非糖基化Rac1（UnGlc-Rac1）水平及其下游蛋白磷酸化，保护细胞骨架。更重要的是，IBD中UCP2过表达导致线粒体功能障碍，迫使细胞代谢向糖酵解重编程，产生大量L-乳酸（L-LA），引起胞质酸化。酸化的环境极大地增强了TcdB的毒性。OPR通过抑制UCP2，恢复线粒体膜电位（MMP）和ATP合成，将细胞代谢从糖酵切换回氧化磷酸化，显著降低L-LA水平，逆转胞质酸化，从而增强肠上皮细胞对TcdB的耐受性。
OPR在IBD-CDI复合模型中的治疗效果
在IBD并发CDI（IBD-CDI）的小鼠模型中，OPR的治疗效果显著优于临床常用联合疗法（非达霉素Fidaxomicin与英夫利西单抗Infliximab联用，F-I组）。OPR能更有效地降低死亡率，恢复体重和结肠长度，改善结肠病理损伤。虽然OPR降低肠道内艰难梭菌载量和TcdB含量的效果弱于抗生素F-I组，但其在恢复紧密连接蛋白（E-cadherin, Occludin）表达、降低炎症因子（TNF-α, IL-1β, IL-6）水平、逆转Rac1糖基化、降低L-LA及恢复ATP水平方面表现更优。这证明OPR并非通过直接杀菌发挥作用，而是通过修复肠上皮细胞线粒体功能、抑制代谢酸化和细胞焦亡，从根本上增强宿主细胞对毒素的抵抗能力，从而打破“IBD-CDI”恶性循环。
OPR恢复线粒体功能并抑制GSDME介导的肠上皮细胞焦亡以修复肠道屏障
线粒体功能修复是OPR起效的核心。在细胞水平，OPR的缓释产物能时间依赖性地恢复H2O2诱导的线粒体膜电位（MMP）下降和ATP合成。OPR能有效清除细胞总ROS和线粒体ROS（mtROS），其表面负电荷使其能与线粒体外膜蛋白（如TOM20）高亲和力结合，实现线粒体靶向。通过抑制UCP2，OPR能上调抗凋亡蛋白B细胞淋巴瘤2（BCL-2），下调促凋亡蛋白BCL2-associated X（BAX），减少胞质细胞色素C（C-Cyt C）释放，从而抑制Caspase3（C-Casp3）的激活和GSDME-N介导的细胞焦亡。在动物水平，OPR能显著减少IBD小鼠结肠组织的DNA断裂（TUNEL染色阳性），并高效恢复紧密连接蛋白（ZO-1, E-cadherin, Occludin）的表达，修复肠道屏障，其效果优于其他阳性药物。
OPR抑制上皮mtDNA介导的巨噬细胞cGAS-STING通路异常激活
线粒体损伤导致的mtDNA释放是连接上皮细胞损伤与免疫炎症的关键环节。OPR处理能显著减少H2O2诱导的HT29细胞及IBD小鼠结肠组织中mtDNA的释放。在Transwell共培养体系中，OPR预处理HT29细胞可显著降低其条件培养基诱导的巨噬细胞RAW264.7中cGAS-STING通路的激活，包括降低cGAS、磷酸化STING（P-STING）、STING、磷酸化IRF3（P-IRF3）和磷酸化NF-κB P65（P-P65）的水平。体内实验进一步证实，OPR能有效抑制IBD小鼠结肠组织中巨噬细胞（F4/80+）的浸润，并降低其STING、P-P65和P-IRF3的表达，从而减少下游炎症因子（TNF-α, IL-1β, IL-6）的产生和髓过氧化物酶（MPO）活性。
单细胞测序和转录组分析验证OPR的治疗机制
对公共单细胞测序数据集（GEO: GSE266616）的分析显示，IBD患者结肠中上皮细胞比例下降，免疫细胞（如巨噬细胞）比例上升。上皮细胞和巨噬细胞是差异表达基因最多的细胞类型。上皮细胞的差异基因富集于细胞间粘附、炎症反应和ROS等通路；巨噬细胞的差异基因则富集于STING通路、炎症反应等。基因表达分析证实，UCP2和GSDME主要在上皮细胞高表达，而STING主要在巨噬细胞高表达。对小鼠结肠组织的RNA测序分析进一步验证，OPR治疗能逆转IBD引起的基因表达变化，其差异表达基因主要富集于氧化应激、细菌感染、粘附连接、糖酵解、STING相关通路、焦亡等生物学过程。热图分析显示，OPR能显著回调与细胞骨架调节、肠道菌群、肠道屏障功能、糖酵解、焦亡及STING通路相关基因的表达。这些组学数据从系统层面证实了OPR通过修复线粒体功能、抑制上皮细胞焦亡和巨噬细胞异常激活来治疗IBD的作用机制。
讨论与结论
本研究首次揭示了UCP2在IBD病理中的关键作用，并据此开发了口服纳米药物OPR。OPR通过“IBD病灶-线粒体-UCP2”的级联靶向递送系统，特异性抑制UCP2，恢复线粒体功能，将肠上皮细胞代谢从糖酵解重编程为氧化磷酸化，从而减少乳酸积累、缓解胞质酸化、增强对艰难梭菌毒素B的抵抗力。同时，OPR通过清除ROS、抑制线粒体损伤和mtDNA释放，减轻了GSDME介导的肠上皮细胞焦亡及其引发的巨噬细胞cGAS-STING通路过度激活。在IBD及IBD-CDI小鼠模型中，OPR展现出优于现有临床一线联合疗法的疗效。该研究不仅为理解IBD与CDI相互加重的恶性循环提供了新视角，也为开发兼容性治疗策略、打破这一循环提供了全新的纳米药物范式。
