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针对上述问题，四川大学华西口腔医院赵行研究员、赖文莉教授、李长富博士团队开发了一种仅由鸟苷（G）、异鸟苷（isoG）和硼酸盐组成的双效核苷基超分子水凝胶（G-G水凝胶）。该水凝胶具有独特的纳米纤维网络结构，能够有效捕获牙周致病菌（如牙龈卟啉单胞菌 P. gingivalis）并抑制其毒力因子。同时，水凝胶具有优异的活性氧（ROS）清除能力，并能持续释放核苷分子。释放的核苷顺利获得ENT1转运蛋白进入破骨细胞前体，转化为cGMP，进而激活PKG通路并抑制NF-κB信号传导，从而直接阻断破骨细胞分化。体内外实验证实，G-G水凝胶能有效破坏“细菌-破骨细胞级联反应”，显著减轻牙周炎引起的牙槽骨吸收。该文章于2025年12月24日以《A Dual-Action Nucleoside-Based Supramolecular Hydrogel Combats Periodontitis by Disrupting the Bacteria-Osteoclast Cascade》为题发表于《Advanced Materials》（DOI: 10.1002/adma.202516181）。

（1）牙龈卟啉单胞菌直接加速破骨细胞分化并营造促破骨细胞生成的炎症微环境

顺利获得建立RANKL预处理的骨髓来源巨噬细胞与活P. gingivalis共培养的直接感染模型，发现24小时暴露（MOI=10, 100）即可剂量依赖性增加TRAP(+)多核破骨细胞数量和大小，高MOI条件下骨吸收陷窝面积扩大超两倍（图1a,b）；体内结扎诱导牙周炎模型联合局部P. gingivalis注射进一步证实，细菌定植加剧牙槽骨吸收并促进破骨细胞募集，同时促炎因子（IL-1β、IL-6、TNF-α）上调而修复因子（IL-10、TGF-β1、VEGF）受抑，形成促破骨细胞生成微环境（图1c,d），并诱导M1型巨噬细胞极化（iNOS+）且呈剂量依赖性（图1e-h）。这些发现揭示了P. gingivalis顺利获得"直接促进破骨细胞生成+间接经巨噬细胞极化重编程免疫微环境"的自我强化正反馈环路，强调了亟需开发"抗菌+抗骨吸收"级联治疗策略以打断该恶性循环。

图1.牙龈卟啉单胞菌直接诱导破骨细胞活化及牙周炎中的牙槽骨丧失。（a）骨髓来源巨噬细胞中的感染模型。（b）TRAP阳性细胞与骨吸收陷窝的定量。（c）微CT与X射线显示牙龈卟啉单胞菌加剧小鼠牙槽骨丧失；TRAP染色显示破骨细胞募集。（d）促炎与抗炎细胞因子的免疫组化。（e）感染后巨噬细胞M1/M2极化的免疫荧光图像。（f）小鼠模型中巨噬细胞标志物的免疫荧光。（g,h）荧光强度定量。

（2）AP的合成与APC超分子水凝胶的构建

为开发局部双功能治疗策略，设计可注射超分子水凝胶作为牙周炎治疗的现场药物储库。以2FA核苷酸C8位为修饰位点，筛选出PEG偶联衍生物AP，其对破骨细胞前体抑制活性最强（图2a），结构经单晶X射线衍射、NMR和质谱确认（图2b,c）。引入氢键供体CA与AP自组装形成APC水凝胶，室温稳定9天（图2d）。流变学显示0.05 m和0.08 m APC的储能模量分别达0.05和0.1 MPa，具有宽线性粘弹区、可逆自愈行为（图2e,f,j）及强剪切变稀特性（10⁴-10⁶ mPa·s降至10¹-10² mPa·s），证实易于注射和快速恢复（图2h,l）。该设计保留嘌呤碱基和核糖环的核心氢键基序，引入芳香π-π堆积结构域，使AP在保留凝胶形成能力的同时增强破骨细胞抑制活性，克服核苷酸水凝胶"功能-组装"兼顾的结构挑战。

图2.APC水凝胶的结构设计、组装与机械性能。（a）AP合成与治疗应用示意图。（b）AP的单晶X射线结构。（c）AP分子间氢键网络。（d）水凝胶体外稳定性。（e,i）应变扫描流变。（f,j）循环应变时间扫描。（g,k）频率扫描。（h,l）流动曲线。

（3）APC超分子水凝胶自组装的机制研究

顺利获得分子动力学（MD）模拟和实验表征阐明了AP与CA的自组装机制。MD模拟显示，60个AP和60个CA分子在10×10×10 nm³模拟盒中，50 ns后开始形成小聚集体，100 ns内合并为有序组装体（图3a），氢键数量随时间逐渐增加（图3b）。¹H NMR滴定证实，随CA比例增加，嘌呤6-NH₂（6.42→6.50 ppm）和2-NH₂（5.63→5.65 ppm）共振发生低场位移，表明氢键相互作用增强（图3c）。MD解析了嘌呤基三重氢键稳定的AP-CA-AP三联体及Hoogsteen配对的AP-AP复合物，芳香环的π-π堆积进一步促进网络组装（图3d,e）。PXRD在2θ≈28°处的衍射峰证实π-π堆积存在（图3f），SASA下降表明结构巩固（图3g），圆二色性显示CA浓度影响组装过程（图3h），最终形成纤维网络包裹水的三维水凝胶结构（图3i,j）。该分级组装过程为：CA顺利获得三重氢键连接AP，Hoogsteen样作用促进片层横向内聚，π-π堆积驱动垂直整合成三维网络（图3k,l），共同构成具有动态可逆性和自愈行为的 robust 纤维水凝胶网络。

图3.APC超分子水凝胶自组装的机理研究。（a）AP与CA逐步共组装的分子动力学快照。（b）分子间氢键随时间演变。（c）CA滴定AP的核磁共振氢谱。（d）模拟中AP与CA间的氢键与π-π堆积。（e）π-π堆积随时间演变。（f）冻干水凝胶的粉末X射线衍射。（g）溶剂可及表面积变化。（h）圆二色光谱。（i,j）水凝胶纤维网络形貌的SEM与AFM图像。（k,l） 提出氢键模式与凝胶化机制示意图。

（4）APC水凝胶的生物相容性、代谢稳定性和药代动力学特性

系统评估了APC水凝胶的生物安全性及药代动力学特征。皮下注射显示，200 μL 0.05 m APC水凝胶滞留时间超过48小时，而未修饰2FA水凝胶仅6小时；口内降解实验进一步证实，APC制剂保持可检测超过4小时，2FA水凝胶30分钟内即完全吸收（图4a,b），组织病理学检查未见器官损伤（图4c）。药代动力学研究显示，静脉注射1 mg/kg AP后，平均AUC为217.38±39.27 μg/L·h，消除半衰期（t₁/₂）达4.75±1.99 h，Cmax为582.43±34.01 μg/L，Tmax=0.08 h，提示快速吸收与系统暴露一致。PEG化显著延长AP的t₁/₂至4.75小时，较2FA（18分钟）提升约16倍，证实该策略实现了增强的代谢稳定性与延长循环时间。UHPLC-HRMS代谢分析显示，AP在24小时内从血浆快速清除，超过90%以原形经肾脏排泄，未检测到脱氨酶介导的氧化代谢物或5'-磷酸代谢物，提示PEG化AP遵循非经典代谢途径并具有更大代谢稳定性；仅检测到少量I相代谢物AP-1（脱烷基化）和AP-3（脱糖基化，总比例约5%）及II相代谢物AP-2（糖苷结合，<1%）（图4d,e）。

图4.APC水凝胶的生物相容性与体内药代动力学。（a）皮下降解实验。（b）牙周原位降解。（c）主要器官H&E染色显示生物相容性。（d）AP静脉注射后的血浆浓度-时间曲线。（e）AP及APC代谢产物的预测结构与代谢途径。

（5）APC水凝胶在牙周炎诱导牙槽骨丢失中的治疗效果 

顺利获得结扎-牙周炎模型评估APC水凝胶的治疗效果（图5a），在第3、7和14天进行Micro-CT和组织学分析。结果显示，未治疗组CEJ-ABC距离随时间增加，第7-14天骨丢失最显著，TRAP(+)破骨细胞募集第7天达峰值（图5b-d）。APC水凝胶治疗使第14天牙槽骨吸收减少62.5%（CEJ-ABC）和31%（骨吸收面积），且未去除结扎线，TRAP(+)破骨细胞数量得到有效控制，未出现第7天典型激增，CTSK表达在第3天和第7天显著下调（图5e-g）。相比之下，未修饰2FA水凝胶虽能减少破骨细胞募集，但因快速降解和局部滞留不足未能阻止显著骨高度丢失。该研究开发的PEG化APC水凝胶作为局部靶向治疗平台，可持续抑制破骨细胞募集和骨吸收蛋白表达，显著保护牙槽骨，克服了系统性抗骨吸收药物（如双膦酸盐、CTSK抑制剂）临床转化受限的瓶颈。

图5.APC水凝胶在牙周炎牙槽骨丧失中的治疗效果。（a）小鼠牙周炎模型构建与治疗分组示意图。（b）代表性微CT图像。（c）牙槽骨高度丧失与骨丧失面积的定量。（d）TRAP染色显示破骨细胞介导的骨破坏。（e）cathepsin K免疫组化。（f,g）TRAP阳性细胞与cathepsin K表达定量。

（6）APC水凝胶在牙周炎中的抗菌和免疫调节效应

评估了APC水凝胶的抗菌效果及其对口腔微生物组的调节作用。SEM显示AP处理破坏了P. gingivalis和F. nucleatum的细胞形态与生物膜完整性（图6a），菌落形成实验和生长抑制实验证实其对浮游培养物的杀菌活性及72小时持续抑菌效果（图6b,c）。16S rRNA测序分析显示，APC治疗后P. gingivalis丰度显著降低（p<0.05），牙周炎与APC治疗组间种水平分类群重叠率仅39.66%（图6d-f），PCA显示组间显著分离（图6h），表明APC促进微生物稳态恢复；同时APC治疗富集乳杆菌、双歧杆菌等益生菌相关分类群，BugBase分析显示革兰氏阴性菌、厌氧菌及生物膜形成菌显著减少。在免疫调节方面，APC组第14天IL-1β和TNF-α水平显著低于未治疗组，CD68+巨噬细胞浸润减少，iNOS+M1极化受抑而M2相关IL-10和VEGF表达促进。综上，APC水凝胶作为局部抗菌递送系统，顺利获得直接杀菌、重塑菌群平衡及免疫微环境调节，减轻破骨细胞激活并防止牙槽骨丢失。

图6.APC水凝胶顺利获得清除病原菌与调节微生物组治疗牙周炎的效果。（a）AP处理对细菌形态与生物膜的影响。（b）菌落形成实验。（c）细菌生长曲线。（d）口腔微生物组前50物种热图。（e）物种重叠维恩图。（f）LEfSe分析判别物种。（g）Alpha多样性指数。（h）微生物群落主成分分析。

（7）转录组和功能分析揭示AP核苷酸对破骨细胞多核化的抑制作用

顺利获得体外实验和测序分析阐明了AP调节骨代谢的细胞机制。AP在低浓度（0.2 mM）下显著减少TRAP(+)破骨细胞铺展面积，而高浓度（2 mM）才影响成骨细胞ALP分泌，表明其主要顺利获得抑制破骨细胞活性恢复骨代谢平衡（图7a）。RNA-seq显示AP处理导致破骨细胞分化、膜融合、细胞连接组装等通路基因下调，溶酶体、V-ATP酶及足体相关基因亦受抑制（图7b），免疫荧光证实NFATc1、DCST1、CTSK和MMP9表达降低（图7c）。scRNA-seq分析显示AP使破骨细胞转录谱发生显著转变：成熟标志物（Acp5、Mmp9、Dcstamp、Ctsk、Nfatc1、Atp6v0d2）在未处理组高表达，而早期前体标志物（Cx3cr1、Irf8、Bcl6、Mafb）在AP组富集（图7d,e），表明AP选择性抑制终末分化而保留前体群体。分子对接和SPR显示AP与RANKL（KD=338 nM）和RANK（KD=1.2 μM）结合亲和力增强，但并不直接破坏RANKL/RANK相互作用，提示其顺利获得非经典通路调节破骨细胞生物学。

图7.AP抑制破骨细胞从前体向成熟细胞的分化。（a）TRAP与ALP染色显示AP对破骨细胞与成骨细胞分化的影响。（b）差异表达基因的GO富集分析。（c）破骨细胞标志物免疫荧光图像。（d）成熟与前体破骨细胞标志基因热图。（e）AP阻断破骨细胞分化的两阶段机制示意图。

（8）cGMP-PKG轴的激活介导AP诱导的破骨细胞分化抑制

顺利获得整合转录组-代谢组分析阐明了AP介导骨代谢调节的下游信号机制。cGMP-PKG通路被确定为最显著富集的KEGG通路（图8a），AP代谢产物包括2'-AMP、2'-脱氧-2'-氟腺苷等被鉴定为潜在贡献者。分子对接显示这些代谢物结合PKG活性口袋（2'-脱氧-2'-氟腺苷：-7.1 kcal/mol），与关键Asp117残基相互作用（图8b）；同时2'-脱氧-2'-氟腺苷和2'-AMP与PDE5催化口袋强结合，提示其顺利获得抑制cGMP降解增强PKG信号（图8c）。功能验证显示，PKG激动剂8-Br-cGMP显著减少TRAP(+)破骨细胞形成，而抑制剂KT5823增强分化（图8e），AP诱导的PKG和VASP表达上调获免疫荧光和Western blot确认（图8f）。机制上，PKG介导的VASP磷酸化损害破骨细胞肌动蛋白束和锚定能力，减少封闭区形成，阻碍成熟及骨吸收功能。与2FA相比，AP顺利获得激活cGMP-PKG通路作为破骨细胞生成的直接制动器，其PEG化修饰显著延长代谢半衰期，CA掺入实现持续局部滞留，使APC更有效地靶向破骨细胞过度激活这一核心致病因素。

图8.AP代谢产物顺利获得激活cGMP-PKG通路抑制破骨细胞成熟。（a）转录组-代谢组联合KEGG分析显示cGMP-PKG通路富集。（b）PKG分子对接模拟。（c）PDE5分子对接模拟。（d）cGMP-PKG通路基因表达热图。（e）PKG激动剂与抑制剂对破骨细胞形成的影响。（f）PKG信号成分免疫荧光图像。