第一作者：姜兆婷、周钰奇、王博

通讯作者：坚哲教授、李春英教授

通讯单位：空军军医大学西京皮肤医院

原文链接：https://doi.org/10.1021/acsami.5c11865

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白癜风是一种以黑素细胞破坏为主要病理特征的自身免疫性疾病，临床表现为皮肤局限性或泛发性色素脱失，严重影响患者的外观形象和心理健康。现有针对白癜风的临床治疗手段如免疫抑制治疗、光疗及黑素细胞移植等虽可在一定程度上促进皮损复色，但疗效在肢端部位或病程较长的患者中往往受限，且普遍存在治疗依从性较差及有创性等客观问题。因此，开发更加安全、有效且微创的治疗策略对白癜风的治疗有重要的现实意义。本研究以墨鱼天然黑色素（cuttlefish ink nanoparticles，CINPs）为参照，系统比较了多种仿生纳米黑色素在理化性质及氧化还原活性方面的性能，筛选出同时具备优异抗氧化能力和免疫抑制功能的聚多巴胺纳米颗粒（polydopamine nanoparticles，PDA NPs）。在此基础上，通过聚乙二醇巯基（PEG-SH）对其进行表面修饰，构建了PDA@PEG纳米颗粒，并将其负载于可溶性微针（microneedles，MNs）贴片中，实现了安全、微创的经皮递送。在K14-SCF转基因小鼠构建白癜风模型中，PDA@PEG微针贴片（PDA@PEG/MNs）可将纳米颗粒精准递送至真皮浅层，对脱色皮损区域起到“覆色”作用；同时PDA@PEG纳米颗粒能够有效缓解局部氧化应激反应，抑制CD8⁺ T细胞功能，保护黑素细胞受到进一步损伤。综上，本研究提出了一种基于微针递送的多功能仿生纳米黑色素治疗策略，为白癜风复色提供了一种安全、微创且具有潜在临床转化价值的解决方案。

背景介绍

白癜风在全球的发病率约为0.5%-1%，是一种因黑素细胞破坏而导致皮肤色素脱失的自身免疫性疾病，严重影响患者的外观形象及心理健康。目前的临床治疗手段，如免疫抑制剂、光疗以及黑素细胞移植存在明显缺陷，虽然可以在一定程度上复色，但在肢端部位或病程较长的患者中疗效往往有限，同时还存在治疗依从性差、有创性强、恢复时间长和成本高等问题。天然黑色素提取困难，类黑色素纳米颗粒（PDA NPs）具有抗氧化、调节免疫等特性，且生物相容性较好，以微针（MN）作为微创递送载体，可规避传统给药的皮肤屏障问题，有望突破现有治疗瓶颈。

研究出发点

1. 对比于墨鱼天然黑色素（CINPs）和介孔聚多巴胺纳米颗粒（mesoporous PDA NPs，MPDA NPs），实心PDA NPs具有更稳定分散性；

2. 为了进一步提高纳米颗粒的的效用性能，分别对PDA NPs和MPDA NPs进行PEG-SH修饰，结果显示PDA@PEG NPs和MPDA@PEG NPs的溶液分散性、生物相容性以及自由基清除能力均显著提升，且PDA@PEG NPs优于MPDA@PEG NPs；

3. PDA@PEG NPs具有免疫抑制功能，可减少H₂O₂或IFN-γ诱导的IL-6、IL-8、TNF-α、CXCL9、CXCL10和CXCL16的炎症因子分泌。更重要的是，与PDA@PEG NPs共孵育后，CD8⁺ T细胞的增殖、活化及杀伤功能受到显著抑制；

4. 结合GelMA微针构建递送系统，PDA@PEG/MNs可将纳米颗粒精准递送至小鼠真皮浅层，对脱色皮损区域起到“覆色”和治疗的作用。

图文解析

首先制备并系统对多种仿生纳米黑色素颗粒进行表征。其中未经修饰的PDA和MPDA纳米颗粒在PBS溶液中易发生聚集，且在高浓度（>100 μg/mL）时对角质形成细胞具有一定细胞毒性；而经mPEG-SH修饰后，PDA@PEG和MPDA@PEG纳米颗粒分散稳定性和生物相容性得到显著提升。另外，上述纳米黑色素颗粒在被角质形成细胞内吞后可与溶酶体发生共定位，并在其中逐渐降解，其细胞内行为与天然黑素体的生物学过程高度相似。

图1. 仿生纳米黑色素颗粒的制备与表征

氧化还原失衡是白癜风发生发展的关键病理机制之一，抗氧化治疗可在一定程度上缓解白癜风脱色进展。进一步实验结果表面，CINPs、MPDA@PEG和PDA@PEG纳米颗粒均表现出较好的自由基清除能力。其中PDA@PEG纳米颗粒在DPPH和羟自由基（-OH）清除实验中表现最为突出，显示出更广谱自由基清除能力。在H₂O₂诱导的角质形成细胞氧化损伤模型中，PDA@PEG和MPDA@PEG纳米颗粒共孵育可维持细胞活性，而CINPs的保护作用相对有限。另外，PDA@PEG纳米颗粒在降低细胞内ROS水平方面的表现最佳，这可能与纳米颗粒的粒径大小、结构及表面官能团暴露程度有关。

图2. 仿生黑色素类纳米颗粒具有抗氧化功能

氧化应激与炎症反应之间形成的正反馈放大环是白癜风发生进展的关键机制之一。本研究在H₂O₂或IFN-γ刺激的角质形成细胞模型中，进一步评估了仿生纳米黑色素颗粒的抗炎作用。结果显示，H₂O₂显著诱导角质形成细胞IL-6、IL-8和TNF-α的分泌；IFN-γ显著促进细胞对CXCL9、CXCL10和CXCL16的分泌。而与PDA@PEG纳米颗粒共孵育后，角质形成细胞上述促炎细胞/趋化因子的分泌水平均收到显著抑制。

图3.仿生黑色素类纳米颗粒的抗炎作用

CD8⁺ T细胞的异常增殖、激活及细胞毒性是导致白癜风黑素细胞损伤的关键环节。通过将PDA@PEG NPs和CD8⁺ T细胞进行共孵育，流式细胞术结果显示PDA@PEG NPs和CINPs不仅可抑制CD8⁺ T细胞的增殖、阻断早期激活，同时可抑制细胞毒性效应分子如IFN-γ和Granzyme B的表达。综上结果证实了PDA@PEG NPs和CINPs的免疫抑制作用，且PDA@PEG NPs具有更显著的功能表现。

图4. 仿生纳米黑色素对CD8⁺ T细胞增殖、活化和功能抑制作用

通过制备以GelMA为基质、负载PDA@PEG纳米颗粒的微针贴片（20×20针阵列，针高600 μm，底径230 μm）。微针力学性能显示PDA@PEG/MN足以穿透皮肤表皮（~1.3 N/needle），体内实验显示可在小鼠皮肤形成均匀微孔并实现纳米颗粒有效递送，同时皮肤表面微孔可在6小时内可快速恢复。

图5. PDA@PEG微针贴片的制备与表征

为了在动物水平中评估PDA@PEG/MN贴片的经皮递送及对白癜风复色效果，本研究构建了在K14-SCF转基因小鼠上构建白癜风模型。结果显示大体上，可观察到PDA@PEG/MN治疗后小鼠背部皮肤色素的保留程度较对照组更高，H&E染色亦可见表皮及真皮中色素颗粒沉积显著增加。同时，免疫荧光结果表明PDA@PEG/MN贴片治疗显著减少病灶及周边区域CD8⁺ T细胞浸润数量。此外，氧化应激标志物8-OHdG及DNA损伤标志物γ-H2AX的表达水平均在PDA@PEG/MN贴片治疗后显著降低，提示局部氧化损伤得到有效缓解。进一步分析发现，PDA@PEG/MN贴片治疗可维持黑素细胞黑素合成功能分子TRP1的表达水平。综上结果说明了PDA@PEG/MN贴片作为一种仿生治疗性遮盖策略，可将纳米类黑素颗粒精准递送至表皮及真皮浅层，不仅能即时地发挥物理性色素补充作用，还通过抗氧化和抑制CD8⁺ T细胞等生物学效应改善局部病理微环境，从而实现对白癜风的综合治疗效果。

图6. PDA@PEG/MN贴片对K14-SCF白癜风小鼠的治疗作用

PDA@PEG纳米颗粒可激活H₂O₂处理的角质形成细胞中的Nrf2/HO-1通路，促进Nrf2核内转位并上调HO-1表达，从而减轻氧化应激。Nrf2特异性抑制剂ML385可阻断这一效应并逆转PDA@PEG的ROS清除作用，说明Nrf2/HO-1通路是PDA@PEG治疗白癜风的关键靶点。

图7. PDA@PEG纳米颗粒通过Nrf2/HO-1通路治疗白癜风

总结与展望

研究通过对比多种仿生纳米黑色素颗粒，证实PDA@PEG纳米颗粒在缓解氧化应激、抑制促炎因子生成及削弱CD8⁺ T细胞功能方面表现最为优异。并且通过GelMA微针递送系统可微创性将PDA@PEG导入小鼠真皮浅层，即时地发挥物理性色素补充作用，还通过抗氧化和抑制CD8⁺ T细胞等生物学效应改善局部病理微环境，从而实现对白癜风的综合治疗效果。

课题组介绍

空军军医大学李春英/坚哲教授团队所在单位为空军军医大学西京皮肤医院，平台基础雄厚，为国家重点学科、国家临床重点专科、全军皮肤病研究所、军队皮肤病重点实验室及中华医学会皮肤性病学分会白癜风研究中心等。团队共有各类人员90余名，其中教育部长江学者2人、国家杰青1人、国家优青2人，博士研究生导师6名、硕士生导师11人，具备皮肤性病学、皮肤组织病理学、再生医学、细胞免疫学、分子生物学和药学等多学科交叉背景，并与国内外多所高校和科研机构保持长期合作。研究方向主要聚焦于白癜风、黑色素瘤和皮肤损伤再生的发病机制与治疗策略，目前承担国家自然科学基金重点项目等在研课题20余项，在国际权威期刊发表SCI论文150余篇，团队获评陕西省三秦英才特殊支持计划创全国一流团队、陕西省科学技术进步一等奖等。团队常年招聘优秀博士后，欢迎海内外各类人才加入。

原文信息

Jiang Z, Zhou Y, Wang B, He C, Zhang J, Wang Q, Deng Z, Li C, Jian Z. Microneedle Patch Delivering Multifunctional Melanin-like Nanoparticles for Vitiligo Remission and Repigmentation. ACS Appl Mater Interfaces. 2025 Dec 10. doi: 10.1021/acsami.5c11865. Epub ahead of print. PMID: 41370668.