靶点新突破｜Bioactive Materials | 生物活性玻璃介导的离子疗法通过重编程肝 - 骨轴来改善肝性骨营养不良

文章来源：北科纳米专业的纳米材料合成专家浏览次数：123时间：2026-11-07 设计合成：18101240246

肝性骨营养不良（HOD）是一种严重的代谢性骨病，与慢性肝病密切相关，其发病率随着代谢功能障碍相关性脂肪性肝炎（MASH）在全球范围内的激增而迅速攀升。目前的临床干预措施仍然分散，无法同时解决上游的肝脏脂毒性和下游的骨骼退化问题。本文中，我们设计了一种铜掺杂生物活性玻璃（CuBGs），作为一种多功能离子治疗纳米平台，利用其天然的肝脏趋向性，通过靶向重编程肝-骨轴，同步改善MASH-HOD的病理状态。CuBGs通过递送局部治疗性离子，促进肝脏代谢的显著恢复：它们增强葡萄糖耐受性，恢复线粒体氧化磷酸化（OXPHOS），从而有效抑制肝内甘油三酯的积累，并消除活性氧（ROS）驱动的炎症反应。至关重要的是，这种肝脏拯救机制通过显著上调肝因子卵磷脂胆固醇酰基转移酶（LCAT）的分泌，重新激活了肝脏与骨骼之间的内分泌相互作用。全身性LCAT的恢复可直接刺激成骨细胞生成和新骨形成，从而在不发挥传统抗骨吸收剂作用的情况下，有效逆转MASH诱导的骨小梁丢失。这种双器官调节机制全面改善了MASH-HOD中相互关联的多器官微环境，且不会引起全身毒性。最终，这种生物活性玻璃介导的铜递送系统建立了一种新型的、高度可扩展的离子纳米疗法策略，为复杂的肝骨共病提供了一种前景广阔的综合治疗策略。

该研究以题为“Bioactive glasses-mediated ion therapy ameliorates hepatic osteodystrophy by reprogramming the liver-bone axis”发表在Bioactive Materials上。

图1

CuBGs的制备及治疗机制示意图。

图2

CuBGs的合成、表征及小鼠体内生物分布。(A) BGs的SEM图像。比例尺=100 nm。(B) 多孔BGs的平均直径。(C) CuBGs的SEM图像。比例尺=100 nm。(D) 多孔CuBGs的平均直径。(E和F) BGs的TEM图像(E)和EDX元素分布图(F)。(G和H) CuBGs的TEM图像(G)和EDX元素分布图(H)。(I和J) MBGNs和Cu-MBGNs的XPS谱图(I)及Cu 2p3/2和Cu 2p1/2峰的高分辨扫描(J)。(K) CuBGs在无血清DMEM中7天内Cu离子的累积释放曲线（n=3）。(L和M) BGs和CuBGs中Si (L)和Ca (M)离子的累积释放曲线（n=3）。(N和O) 小鼠经尾静脉注射Cy5标记的BGs/CuBGs。(N) 代表性IVIS图像显示注射后8小时BGs/CuBGs在主要器官中的生物分布。(O) 不同组主要器官荧光强度的定量比较。

图3

CuBGs在MASH中改善肝损伤并通过肝-骨轴在体外促进成骨细胞分化。(A-C) 原代肝细胞在DMEM（对照）中培养或用0.5 mM棕榈酸刺激建立体外MASH模型。PA处理期间，细胞同时用生理盐水、BGs或CuBGs（0.01、0.1或1 mg/mL）处理24小时。(A) 培养基中ALT水平（n=6）。(B) 培养基中AST水平（n=6）。(C) 原代肝细胞内甘油三酯含量（n=6）。(D和E) 原代肝细胞在DMEM中作为正常对照培养或用0.5 mM PA刺激建立体外MASH模型。PA刺激期间，细胞同时用NS、BGs（0.1 mg/mL）或CuBGs（0.1 mg/mL）处理24小时。代表性油红O染色图像(D)及油红O阳性面积的定量分析(E)。比例尺=100 μm，n=3。(F和G) 通过实时定量PCR测量指定处理后原代肝细胞中Il-1β (F)和Tnf-α (G)的相对mRNA表达。每组n=3个生物学重复。(H) 原代肝细胞用FITC标记的BGs或CuBGs处理8小时，细胞内FITC标记BGs或CuBGs（绿色）的代表性图像。细胞骨架用罗丹明鬼笔环肽染色（红色）。细胞核用DAPI染色（蓝色）（比例尺=20 μm）。(I) Transwell共培养实验示意图。(J和K) 不同组MC3T3-E1细胞中Runx2和Sp7 mRNA表达（n=3）。数值为3-5个生物学重复和1个技术重复的均值。数据以均值±SEM表示，统计学显著性通过单因素方差分析进行。P < 0.05，P < 0.01，P < 0.001。

图4

CuBGs改善MASH-HOD小鼠模型中的肝损伤。(A) 实验设计示意图（上）及注射溶液照片（下）。小鼠喂食正常饮食或高脂甲硫氨酸-胆碱缺乏饮食。在2周实验期内，HFMCD喂养小鼠每隔一天接受尾静脉注射生理盐水、BGs或CuBGs（颗粒悬浮液：5 mg/mL；10 mg/kg体重），而ND小鼠按相同时间表接受等体积（50 μL）NS。治疗开始后第15天处死小鼠收集样本。(B) 实验期间小鼠体重变化。(C) 肝脏重量。(D) 肝/体重比。(E) 肝脏TG水平。(F) 代表性肝脏大体图像（比例尺=1 cm）、H&E染色肝脏组织学分析（比例尺=100 μm）及油红O染色（比例尺=100 μm）。(G和H) 不同组血清ALT (G)和AST (H)水平。(I) 小鼠肝组织F4/80染色（上）和α-SMA染色（下）的代表性免疫组化图像（比例尺=100 μm）。(J) 相对肝脏Cd36 mRNA表达。(K和L) 肝脏中CD36的代表性免疫组化染色(K)及定量表达(L)（比例尺=100 μm）。数据以均值±SEM表示（每组n=5只小鼠）。统计学显著性通过单因素方差分析进行。P < 0.05，P < 0.01，P < 0.001。

图5

CuBGs治疗预防MASH-HOD小鼠模型中的骨丢失。动物分组和治疗方案与图4所述相同。(A) 股骨骨小梁的代表性3D μCT图像（比例尺=400 μm）。(B-E) 骨密度(BMD, B)、骨体积(BV, C)、组织体积(TV, D)和骨体积分数(BV/TV, E)的定量分析。(F和G) 骨钙素(OCN, F)的代表性免疫组化染色及每骨表面Ocn阳性细胞数的定量分析(G)（比例尺=10 μm）。(H) 通过实时定量PCR测定的成骨细胞标志物Runx2和Sp7的相对mRNA表达。(I) RUNX2蛋白水平的代表性蛋白质印迹。(J和K) RUNX2的代表性免疫组化染色(J)及定量分析(K)（比例尺=400 μm）。(L和M) 代表性抗酒石酸酸性磷酸酶(TRAP)染色(L)（比例尺=200 μm）及每骨表面破骨细胞表面的定量分析(M)。ND：正常饮食，NS：生理盐水，HFMCD：高脂甲硫氨酸-胆碱缺乏饮食。数据以均值±SEM表示（每组n=5只小鼠），统计学显著性通过单因素方差分析进行。P < 0.05，P < 0.01，P < 0.001。

总结

肝性骨营养不良与慢性肝病相关，现有干预无法同时解决肝脏脂毒性和骨骼退化。我们设计铜掺杂生物活性玻璃作为离子治疗纳米平台，利用其肝脏趋向性递送治疗性离子，增强葡萄糖耐受、恢复线粒体氧化磷酸化，抑制肝内甘油三酯积累和活性氧驱动的炎症。肝脏功能恢复后，肝因子LCAT分泌显著上调，重新激活肝-骨内分泌交互，直接刺激成骨细胞生成和新骨形成，在不使用传统抗骨吸收剂的情况下逆转骨小梁丢失，且无全身毒性。

该工作以肝-骨轴为整体干预对象，通过单一离子平台实现上游肝脏修复和下游骨骼保护的联动，突破了器官共病分散治疗的局限。未来可调整铜掺杂比例或玻璃降解速率，适配不同肝病阶段和骨丢失程度。LCAT作为肝骨交互的关键介质，可成为疗效监测标志物或直接治疗靶点。该策略可拓展至其他代谢性骨病与肝病共存的场景。铜离子的长期蓄积和生物玻璃降解产物的安全性需进一步评估，但该双器官调控思路为复杂共病提供了可扩展的离子治疗范式。

参考文献：

DOI:10.1016/j.bioactmat.2026.08.028

我们专注纳米医学功能材料定制，可按实验需求定向开发，调控材料结构、粒径及表面修饰，配套全套表征，方案支持反复优化、全程技术对接，服务靶向递送、生物成像、纳米诊疗等科研项目，欢迎提供指标评估方案。张工17715390137 陈工18914047343

北科纳米-学术前沿公众号


二维材料Frontier	生物纳米材料前沿	MXenes Frontier	纳米医学Frontier