AFM丨谭松巍/刘继红/江弘炀团队合作开发智能碳点纳米药物实现“溶石-抗氧化-铁死亡抑制”协同治疗

肾结石作为一种高发病率及高复发率泌尿疾病，临床上无有效预防结石的药物， 目前 药物治疗长期依赖枸橼酸类药物，但存在靶向性差、需大剂量用药且副作用明显等局限。

近日，华中科技大学同济医院泌尿外科刘继红教授、江弘炀副教授团队与药学院谭松巍教授团队合作，于近日在Advanced Functional Materials发表 题为Iterative-Designed Multifunctional Carbon Dots Nanodrug for Celastrol Loading, Targeting Delivery, and Combination Therapy of Kidney Stones的最新研究，通过分子对接等两轮迭代设计，构建了铈掺杂碳点纳米药物（Ce-CDs@Cel），实现肾结石靶向溶石、抗氧化微环境重塑与铁死亡抑制的三重协同治疗。

研究团队以临床常用药物枸橼酸（CA）和谷胱甘肽（GSH）为前体，通过微波法合成碳点（CDs），并引入具有类酶活性的铈（Ce）离子增强抗氧化能力。通过两轮迭代优化，筛选出与天然药物雷公藤红素（Cel）非共价结合能力最强的碳点结构，形成“药物-辅料一体化”纳米系统。

初代设计 ：以枸橼酸（CA）为前体的碳点（CDs）与雷公藤红素（Cel）结合能仅-13.01 kcal/mol。 二代优化 ：引入谷胱甘肽（GSH）后，碳点与Cel的结合能显著降低（Conformations a/c/g达-30至-40 kcal/mol），结合能降低2-3倍，主要作用力来自GSH残基的氢键与疏水相互作用。 铈掺杂增强抗氧化 ：通过调控硝酸铈投料量（0-110 mg），筛选出Ce含量适中（22 mg投料）的Ce-CDs，在保持 良好安全性 （HK-2细胞存活率>90%）的同时，其超氧自由基（·O₂⁻）和ABTS⁺清除能力显著优于未掺杂CDs。

形貌与尺寸 ：透射电镜（FETEM）显示Ce-CDs呈均匀球形，平均尺寸约3 nm，晶格条纹清晰（0.20 nm），Cel负载后形貌不变但表面电位降低。 化学结构 ：XPS证实Ce³ ⁺ /Ce ⁴⁺ 比例为52.2%/47.8%，FT-IR中560 cm ⁻ ¹处的Ce-O键特征峰表明铈成功掺杂。 溶石能力 ：Ce-CDs对人草酸钙结石的溶解率达6.02%（为临床枸橼酸药物的2倍），SEM显示结石表面晶体结构被显著腐蚀。

细胞与动物实验表明，Ce-CDs@Cel在高达1000 μg/mL浓度下无细胞毒性，小鼠静脉注射175 mg/kg后存活率100%，且主要器官无病理损伤，符合生物材料安全标准。Ce-CDs@Cel在肾结石模型中优先富集于肾脏病灶区域，肾脏/肝脏荧光强度比在24小时内持续上升，证实其良好的肾脏靶向能力。动物模型显示，Ce-CDs@Cel治疗组肾脏晶体沉积减少70%，肾损伤标志物KIM-1/OPN表达显著下调，并有效缓解肾小管炎症与细胞凋亡。

单细胞测序证实Ce-CDs@Cel恢复近端小管细胞比例，通过上调GPX4、Fth1等基因表达，抑制脂质过氧化，逆转线粒体损伤。Ce-CDs@Cel激活Nrf2/Slc7a11/GPX4通路，降低肾脏ROS积累，修复线粒体形态，明确其通过抑制铁死亡干预结石形成。 进一步证实， Ce-CDs@Cel可清除ROS、恢复线粒体膜电位，并降低铁离子积累，且其保护作用可被铁死亡诱导剂逆转，进一步验证机制特异性。

本研究通过 分子对接-功能迭代 策略，构建了首个兼具溶石、抗氧化及铁死亡抑制功能的碳点纳米药物。Ce-CDs@Cel通过三重协同机制——直接溶石（CA前体）、抗氧化（Ce³⁺/Ce⁴⁺循环）、铁死亡抑制（Cel激活Nrf2/GPX4）——显著降低肾结石形成。其 病灶靶向性 与 良好生物安全性 为临床转化提供基础，同时为代谢-氧化应激相关疾病的纳米药物设计提供了新范式。

华中科技大学药学院谭松巍教授，华中科技大学附属同济医院泌尿外科刘继红教授、江弘炀副教授为该论文共同通讯作者。 华中科技大学附属同济医院泌尿外科江弘炀副教授、朱笑宇博士研究生，华中科技大学药学院潘伟珍硕士研究生为共同第一作者。研究由华中科技大学附属同济医院与华中科技大学药学院共同完成。

原文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202523181

制版人：十一

BioArt

Med

Plants

人才招聘

学术合作组织

（*排名不分先后）

转载须知

【非原创文章】本文著作权归文章作者所有，欢迎个人转发分享，未经作者的允许禁止转载，作者拥有所有法定权利，违者必究。