椎间盘退变是多种脊柱退变性疾病的重要病理基础，临床中使用的药物干预策略往往只能缓解疼痛相关症状，而无法逆转或延缓退行性疾病。因此，深入探索椎间盘退变的关键调控机制并构建有效的修复策略具有重大临床意义。研究表明，椎间盘退变伴随着DNA损伤及胞浆DNA感知相关通路的活化。TREX1作为介导胞浆损伤性DNA清除的核酸酶，在退变的髓核细胞中的作用尚不明确。对此，利用蛋白组学技术发现内质网相关蛋白TRAM1是调控TREX1清除功能的潜在伴侣分子。TRAM1-TREX1蛋白复合物的分解破坏会促使TREX1向胞核转位，并触发TREX1核酸酶的活性，最终加速胞浆DNA感知相关通路的活化，导致衰老髓核细胞炎性表型的转变及椎间盘退变。

基于对椎间盘退变过程中髓核细胞衰老机制的发现，苏州大学功能纳米与软物质研究院孙旭辉教授、文震教授联合华中科技大学同济医学院附属协和医院杨操教授团队，创新地提出了基于摩擦电响应的TRAM1蛋白递送系统，用于精准化和靶向性椎间盘修复。为有效恢复TREX1的消除功能，实现椎间盘退变的高效修复，团队应用光学可逆蛋白-蛋白相互作用的概念，将TRAM1蛋白装载到细胞外囊泡中，并设计了一种摩擦电响应微针系统。该系统以涂层微针作为载体和可控递送平台，利用穿戴式摩擦电刺激器产生的脉冲电刺激，能将微针电极表面装载TRAM1蛋白的细胞外囊泡以高效且电响应的可控方式递送至衰老的髓核细胞中。最终，重建了退变髓核细胞内TREX1蛋白对于胞浆内损伤性DNA分子的清除功能。该系统的巧妙设计实现了椎间盘退变的精准化、靶向化及响应性高效修复，为修复椎间盘退变提供了高效的治疗策略，并显示出治疗变性相关疾病的巨大临床潜力。

相关成果以“Self-powered triboelectric-responsive microneedles with controllable release of optogenetically engineered extracellular vesicles for intervertebral disc degeneration repair”为题，发表于《Nature Communications》期刊。

图1. 摩擦电响应的TRAM1蛋白递送系统的设计及工作机制

图2. 摩擦电响应微针系统实现椎间盘退变的修复过程

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-50045-1

文章题目：Self-powered triboelectric-responsive microneedles with controllable release of optogenetically engineered extracellular vesicles for intervertebral disc degeneration repair

作者信息：Weifeng Zhang^#, Xuan Qin^#, Gaocai Li^#, Xingyu Zhou^#, Hongyang Li, Di Wu, Yu Song, Kangcheng Zhao, Kun Wang, Xiaobo Feng, Lei Tan, Bingjin Wang*, Xuhui Sun*, Zhen Wen*, Cao Yang*

责任编辑：向丹婷、杜欣