由于中枢神经系统的自发再生能力有限，脊髓损伤后的神经和运动功能恢复一直是临床治疗中亟待解决的难题和科学研究热点。离子稳态失衡作为脊髓损伤微环境中的关键病理特征，其对神经再生的调控作用尚未明确。近日，山东大学研究团队利用多酚作为铁螯合剂和构筑基元合成水凝胶用于脊髓损伤修复，首次揭示了铁稳态在神经再生中的作用，并提出利用多酚基水凝胶重塑神经铁稳态、诱导神经再生的新策略。相关研究成果“Restoring neuronal iron homeostasis revitalizes neurogenesis after spinal cord injury”发表在Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.（美国科学院院刊）。山东大学化学与化工学院崔基炜教授、郝京诚教授和齐鲁医院神经外科倪石磊教授为该论文的共同通讯作者，山东大学博士后耿慧敏和博士研究生李之威为该论文的共同第一作者。

图1（A）多酚基水凝胶重塑脊髓损伤铁稳态促进运动功能恢复的示意图；（C）多酚基水凝胶促进脊髓损伤后运动诱发电位（MEP）与体感诱发电位（SEP）的恢复； （D）成熟神经元在损伤部位的迁移。

  多酚是指分子中含有邻苯酚结构的天然化合物，具有较强的金属离子络合能力以及抗氧化、免疫调节等生物活性。开发多酚作为铁螯合剂和构筑基元合成水凝胶用于脊髓损伤修复，一方面多酚螯合脊髓损伤部位过载的金属离子形成非活性复合物，缓解铁离子失衡；另一方面，多酚发挥抗氧化、抗炎等功能，降低脂质过氧化水平，改善脊髓损伤微环境（图1）。在该研究中，团队发现脊髓损伤后铁超载引发芬顿反应，不仅诱导神经元细胞死亡，而且是抑制神经再生的关键因素，并阐释了铁沉积在脊髓损伤各病理过程中扮演的具体角色。利用单宁酸和羧甲基壳聚糖简单混合可构建多酚基复合水凝胶，不仅能够重塑脊髓损伤患处的铁稳态，而且发挥抗氧化以及免疫调节的功能，多途径改善脊髓损伤的再生微环境，促进上下行神经通路穿越损伤中心并形成功能性突触连接，最终显著改善脊髓损伤大鼠的运动功能。利用多酚基水凝胶调节铁代谢促进神经发生，为治疗脑创伤、脑出血等其他铁沉积性中枢神经系统疾病提供了新思路。

  此外，团队成员利用多酚、芳香衍生物（如酚、醌类化合物）与金属离子作为基元构建了具有不同结构和功能的涂层材料，并表现出独特的抑菌和药物递送功能（Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 21529; Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202218021）。该系列工作为构筑表面化学涂层和功能水凝胶等胶体分散体系开辟了新途径，拓宽了多酚化学在胶体与界面化学和生物医学交叉研究中应用。

  文章链接：

  Restoring neuronal iron homeostasis revitalizes neurogenesis after spinal cord injury

Huimin Geng, Zhiwei Li, Zheng Li, Yuqi Zhang, Zhiliang Gao, Lei Sun, Xingang Li, Jiwei Cui,* Shilei Ni,* and Jingcheng Hao*

  Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2023, 120, e2220300120

  https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2220300120