Disrupting the Oxidative Stress–Inflammation–Corneal Neovascularization Cycle with Ultrasmall Nanoparticles 

24 April 2026

https://doi.org/10.1002/adma.73114

关键词：超小聚多巴胺纳米颗粒；UPDA NPs；角膜新生血管 CoNV；纳米酶；抗氧化；抗炎；抗血管生成；无创滴眼给药

一、研究背景及研究意义

生理状态下角膜保持无血管，以此维持光学透明与正常视觉功能。创伤、感染、化学烧伤等外界刺激会破坏稳态，诱发角膜新生血管（CoNV），毛细血管由角膜缘向基质层异常增生。流行病学数据显示全球超过 4.1% 人口受该疾病影响，每年新增约 140 万病例，12% 患者出现视力损伤；同时 CoNV 也是角膜移植排斥首要高危因素，属于重要的公共卫生问题。

现有临床治疗手段包含糖皮质激素、非甾体抗炎药、抗 VEGF 制剂，但均存在明显短板：糖皮质激素副作用大，可升高眼压、增加感染风险、延缓伤口愈合甚至诱发青光眼；抗 VEGF 只靶向血管生成终末环节，无法干预上游氧化应激与炎症，需要反复眼内有创注射，带来疼痛、感染风险，还可能造成角膜变薄；单靶点治疗还容易激活代偿通路，限制疗效甚至产生耐药。因此亟需开发可以同时调控氧化应激炎症血管生成、支持滴眼液无创给药的全新治疗策略。

CoNV 病理闭环：外界刺激促使活性氧 ROS 大量累积，诱发氧化应激；招募免疫细胞释放大量促炎因子，产生慢性炎症；ROS 进一步激活 NFκB、HIF1α 通路，上调 VEGF 表达，驱动内皮细胞增殖，促进病理性血管生成，三者相互放大加重病情。现有部分研究开发抗氧化水凝胶、微针递送抗体 / 外泌体等材料，但大多材料粒径偏大，依赖注射、微针等侵入式手段，还需要额外搭载药物、核酸，难以实现跨角膜上皮无创渗透。

聚多巴胺（PDA）仿生材料具备优异生物相容性、粘附能力与固有抗氧化活性，在生物医药领域常作为载体、光热试剂、修饰平台。但传统 PDA 纳米颗粒粒径＞50 nm，很难穿透角膜上皮屏障，ROS 清除效率有限。 本工作通过液相高功率超声剥离策略，制备粒径约 3 nm超小聚多巴胺纳米颗粒 UPDA NPs。依靠量子限域与表面效应暴露大量活性官能团，拥有类 SOD/CAT 级联纳米酶活性；滴眼即可穿透角膜组织，同时实现清除 ROS、抑制炎症、抑制血管生成三重功效，在碱烧伤诱导的 CoNV 动物模型取得良好疗效，为角膜新生血管提供具备转化前景的无创一体化治疗方案。

二、结果与讨论

图 1｜UPDA NPs 合成过程及用于角膜新生血管 CoNV 治疗潜在作用机制示意图 B.M. 代表前弹力层。示意图展示 UPDA 的制备流程，滴眼给药穿透角膜各层组织；阐释材料三大核心作用：高效纳米酶清除 ROS、抑制促炎因子释放、抑制病理性血管生成，打破氧化应激炎症角膜新生血管病理循环。

 图 2｜UPDA NPs 合成与理化、自由基清除表征 (A) UPDA 合成流程：普通约 100 nm 大粒径 PDA 经液相高功率超声剥离，得到粒径约 3 nm 超小 UPDA；(B) 普通 PDA 的 TEM 透射电镜；(C) UPDA 高分辨 TEM（插图为粒径分布）；(D) UPDA 的 XPS 全谱；(E) XRD 图谱；(F) FTIR 红外光谱；(G) 紫外可见吸收光谱；(HK) 不同浓度 PDA、UPDA 对 ABTS、羟基自由基、DPPH 自由基清除性能；(L) PDA 与 UPDA 类 SOD 超氧化物歧化酶活性，以抑制率表示（n=3）；(MO) ESR 电子自旋共振检测・OH、O₂・⁻、¹O₂捕获信号；(P) 不同聚合度聚多巴胺电子结构理论计算。 超声剥离成功制备 3 nm 级别 UPDA NPs；相较于传统大尺寸 PDA，超小尺寸带来丰富表面活性位点，对多种自由基清除能力显著提升，表现优异类 SOD、类 CAT 纳米酶活性；理论电子结构计算也佐证其抗氧化的本征优势。

 图 3｜UPDA NPs 体外细胞生物相容性评价 (A) UPDA 安全性评估实验设计示意图；(BD) 不同浓度 UPDA（0200 µg mL⁻¹）孵育 24 h，人角膜上皮细胞 HCECs、Raw264.7 巨噬细胞、RGCs 视网膜神经节细胞 CCK8 细胞活力；(E) HCECs 活死荧光染色，钙黄绿素AM 绿色代表活细胞，PI 碘化丙啶红色代表死细胞（n=3）；(FG) HCECs 细胞凋亡流式检测及凋亡、坏死细胞占比统计；(HI) JC1 线粒体膜电位检测与定量统计。 测试浓度范围内，UPDA 对角膜上皮、巨噬细胞、视网膜神经节细胞均无明显细胞毒性；细胞凋亡、坏死维持较低水平，线粒体膜电位未发生明显破坏，证明 UPDA 在细胞层面具备良好安全性。

 图 4｜UPDA NPs 体外抗氧化与抗炎功能验证 (A) 细胞层面抗氧化抗炎作用机理示意图；(BF) H₂O₂诱导氧化应激模型：流式细胞 ROS 检测、CCK8 细胞毒性、ROS 阳性细胞占比、ROS 荧光定量、ROS 染色荧光与 2.5D 视图；(G) 氧化应激条件下 JC1 线粒体膜电位检测；(HJ) LPS 刺激 RAW264.7 巨噬细胞，检测 NO、TNFα、IL6 促炎因子分泌水平。 UPDA 可有效清除细胞内过量 ROS，保护线粒体功能，缓解 H₂O₂造成的氧化损伤；同时显著下调 LPS 激活巨噬细胞释放 NO、TNFα、IL6 等促炎介质，体外同时实现抗氧化、抗炎双重效果。

 图 5｜细胞摄取以及 NRF2 内源抗氧化通路激活 (AB) 荧光标记 UPDA@RB 的细胞摄取荧光图像以及流式定量（n=3）；(C) 细胞内作用通路示意图；(DE) H₂O₂损伤模型，有无 UPDA/NAC 处理的 MitoSOX 线粒体 ROS 荧光成像与定量；(FM) qPCR 检测 NRF2、HO1、NQO1、SOD2、CAT 抗氧化相关基因 mRNA 水平；WB 蛋白免疫印迹证实 UPDA 通过 Keap1 调控，激活 NRF2 信号通路，上调 NRF2 蛋白表达。 UPDA 可以被细胞有效摄取，降低线粒体来源 ROS；调控 Keap1，激活 NRF2 抗氧化信号轴，上调下游一系列抗氧化基因与蛋白表达，激活细胞自身内源抗氧化防御体系。

 图 6｜UPDA 抑制内皮细胞血管生成行为及转录组学解析 (A) HUVEC 人脐静脉内皮细胞增殖 CCK8 检测；(BC) 细胞划痕迁移实验图像与统计；(D) 成管实验设置示意图；(EF) HUVEC 小管形成荧光图像及定量；(G) 对照组与 UPDA 处理组转录组 PCA 主成分分析；(H) 差异表达基因火山图；(I) 血管生成相关差异基因热图；(JK) GO、KEGG 通路富集分析；(L) 差异基因 PPI 蛋白互作网络；(MO) 细胞黏附、胞外基质组装、整合素结合相关基因 GSEA 基因集富集分析。 UPDA 能够抑制人脐静脉内皮细胞增殖、迁移与体外小管形成，细胞层面抑制血管生成；转录组结果显示 UPDA 显著调控氧化应激、炎症、细胞黏附、血管生成相关基因集，多通路协同抑制病理性血管生成过程。

图 7｜碱烧伤诱导角膜新生血管动物模型体内治疗效果 (AB) UPDA@RB 给药后角膜摄取、滞留荧光图像与三维共聚焦成像；(C) 冰冻切片验证 UPDA 角膜穿透能力，和 PBS 对照组对比；(D) BALB/c 小鼠体内治疗实验设计示意图；(E) 眼表滞留体内荧光成像（n=3）；(F) 第 14 天裂隙灯角膜图像；(G) CoNV 新生血管面积定量评分（n=6）；(HI) 荧光素钠染色评估上皮修复及愈合率统计；(J) 角膜组织 HE 染色切片；(K) 角膜厚度定量统计；(LN) 角膜组织 IL6、VEGF 免疫荧光染色以及荧光强度定量。 仅通过滴眼无创给药，UPDA 就能够穿透角膜上皮，在角膜组织有效滞留；碱烧伤 CoNV 模型中，可显著缩减病理性新生血管面积，促进角膜上皮修复；降低角膜组织促炎因子 IL6、促血管生成因子 VEGF 表达，减轻角膜组织病理损伤。

图 8｜UPDA NPs 体内局部与全身生物安全性评价 (A) 兔以及 BALB/c 小鼠眼部、全身安全性评估实验设计示意图；(B) UPDA 处理后角膜裂隙灯检查、荧光素染色、HE 组织切片；(C) 给药第 14 天 OCT 光学相干断层扫描图像；(DF) 暗适应不同光强下 ERG 视网膜电图记录、ERG 波形；(G) 血液溶血实验；(H) 血清生化指标：ALB、ALT、UA、AST、CR、UBUN、TP、CHE；(I) 心、肝、脾、肺、肾主要脏器 HE 染色切片。 眼部局部评价：角膜组织无明显病理损伤，ERG 结果证实视网膜功能未受影响；血液无溶血现象；血清生化指标全部正常；心肝肾脾肺主要脏器组织切片未见病理性损伤，证实 UPDA 滴眼给药具备良好的体内局部与全身安全性。

三、全文总结

本研究制备粒径约 3 nm超小聚多巴胺纳米颗粒 UPDA NPs，面向角膜新生血管（CoNV）开发滴眼无创治疗新策略。

1. 采用液相高功率超声剥离，得到超小尺寸聚多巴胺纳米颗粒；超小尺寸带来大量表面活性位点，具备类 SOD/CAT 纳米酶活性，高效清除多种活性氧自由基，同时实现跨角膜上皮屏障渗透，支持简单滴眼无创给药。

2. 体外实验：UPDA 细胞毒性低，生物相容性优异；直接清除细胞 ROS、保护线粒体，通过 Keap1/NRF2 通路激活细胞内源抗氧化防御；抑制巨噬细胞释放促炎因子；抑制内皮细胞增殖、迁移和成管，集抗氧化抗炎抗血管生成三重功能于一体。

3. 转录组学解析证明 UPDA 调控氧化应激、炎症、细胞黏附、血管生成多条基因通路，从分子层面打断氧化应激炎症新生血管的病理恶性循环。

4. 在碱烧伤诱导的小鼠角膜新生血管体内模型，仅滴眼给药即可降低角膜促炎因子、VEGF 表达，显著抑制病理性新生血管生长，加速角膜上皮损伤修复。

5. 体内安全性评估表明：角膜、视网膜功能不受损害，无溶血反应，血清生化与主要内脏器官均未见毒性损伤。

该工作跳出传统单一靶点药物治疗思路，材料本身即是多功能治疗制剂，不需要额外负载药物，为角膜新生血管以及其它氧化应激相关眼科疾病，提供具有临床转化潜力的无创纳米治疗新思路。