目的：

骨关节炎是最常见的关节退行性疾病，带来了严重的经济和社会负担。滑膜炎症、关节软骨退变和骨赘形成是OA的主要病理特征。目前我们对OA的发病机制仍不明确，尚无有效的方法来减缓骨关节炎的进展。近些年随着纳米材料的迅速发展，一些具有内在酶样活性的纳米酶被广泛应用于疾病的诊断和治疗。因此我们合成了一种中空缺陷结构的二氧化钌纳米球，并探索其治疗OA的疗效和潜在机制，从而为OA治疗提供一种新的治疗方式。

方法：

1、通过模板化自发生长的方式合成中空缺陷结构的d-RuO2纳米球，测定纳米球的空间结构以及自由基清除能力、拟超氧化物歧化酶样活性、拟过氧化氢酶样活性等材料表征，并与加热得到的实心RuO2多晶体相关数据进行对比，验证中空缺陷结构的优良特性。

2、将d-RuO2纳米酶与细胞进行共培，评估d-RuO2纳米酶的生物安全性。使用脂多糖（Lipopolysaccharide, LPS）诱导巨噬细胞以模拟体外的OA炎症环境，使用d-RuO2纳米酶进行治疗，检测活性氧水平以及炎症相关基因的表达。

3、通过内侧半月板失稳的方式构建小鼠OA模型，进行d-RuO2纳米酶关节腔注射治疗，评估其OA的体内治疗效果；通过脚步印记实验和旷场实验等行为学实验评估小鼠的活动能力；通过对小鼠膝关节进行CT三维重建、组织学分析等方法评估小鼠膝关节的骨重塑、滑膜炎症以及软骨退变状况。

4、核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3（NLRP3），半胱氨酸蛋白酶-1(Caspase-1)和凋亡相关斑点样蛋白（ASC）是炎症小体的关键调控与组成蛋白，探究d-RuO2纳米酶与NLRP3的相关性，使用d-RuO2纳米酶治疗后在细胞与组织水平检测ROS/NLRP3/Caspase-1信号通路上关键蛋白的表达水平。

结果：

1、构建的中空d-RuO2纳米球呈现中空结构，多孔外壳由大量的超小的自组装无定形的RuO2纳米颗粒组成。与实心的RuO2晶体相比，中空d-RuO2纳米球具有更高的超氧阴离子和羟自由基清除能力。在细胞和动物水平，中空d-RuO2纳米球都表现出良好的生物相容性。

2、LPS能诱导巨噬细胞的炎症反应，表现为ROS水平升高，诱导型一氧化氮合酶（iNOS）、前列腺素内过氧化物合酶2（PTGS2）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）和白细胞介素-1β（IL-1β）等炎性标志物的表达升高，这些现象可被d-RuO2纳米酶抑制。

3、在动物实验中，d-RuO2纳米酶能有效缓解DMM小鼠的关节疼痛，改善活动能力；减轻膝关节滑膜炎症、软骨退变和异常软骨下骨重塑；促进软骨细胞合成代谢，抑制其分解代谢，从而发挥软骨保护作用。

4、LPS能诱导巨噬细胞中NLRP3、Caspase-1以及ASC的蛋白表达水平升高，d-RuO2纳米酶可以抑制这种趋势，并可以降低这些蛋白在DMM小鼠膝关节滑膜巨噬细胞中的表达，从而缓解OA的炎症。

结论：

我们设计合成的中空d-RuO2 纳米球具有良好的ROS清除能力和生物相容性。研究表明，与实心的晶体RuO2 相比，d-RuO2空心纳米球具有更强的抗氧化能力；在细胞实验中，d-RuO2 纳米酶可降低炎性巨噬细胞标志物的表达,并清除细胞内的ROS缓解氧化应激；在动物实验中，d-RuO2纳米酶显著改善DMM小鼠的活动能力，缓解滑膜炎、软骨退变和异常骨重塑。此外，在机制探究中我们发现d-RuO2 纳米酶降低了炎症过程中NLRP3等关键蛋白的表达，这意味着d-RuO2 纳米酶可通过抑制ROS/NLRP3/Caspase-1信号通路延缓OA 的进展。这项研究为OA提供了一种潜在的治疗策略。