靶向炎症的单原子纳米酶通过Sirt-6-xCT-GPX4轴调控小胶质细胞极化抑制铁死亡改善蛛网膜下腔出血后早期脑损伤

《Materials Today Bio》：Inflammation-targeted Single-Atom Nanozymes Drive Microglial Depolarization and Inhibit Ferroptosis via Sirt-6-xCT-GPX4 Axis to Attenuate Early Brain Injury Following Subarachnoid Hemorrhage

本研究针对蛛网膜下腔出血(SAH)后缺乏有效神经保护药物的临床难题，构建了中性粒细胞膜包覆的仿生纳米酶NM@V-MDL-800。该纳米酶能够靶向透过血脑屏障(BBB)，通过清除活性氧(ROS)和激活Sirt6-xCT-GPX4通路，抑制铁死亡并促进小胶质细胞从促炎M1型向抗炎M2型极化，显著改善SAH模型小鼠的神经功能缺损和认知记忆能力，为SAH药物治疗提供了新策略。

　　

当动脉瘤破裂导致血液涌入蛛网膜下腔，引发蛛网膜下腔出血(Subarachnoid Hemorrhage, SAH)这种危重脑血管疾病时，患者面临的不仅是急性期的生命威胁，更严峻的是后期高达30-50%的致残率。尽管外科手术技术不断进步，但由于神经损伤的不可逆性，手术成功往往不意味着患者能有良好预后。早期脑损伤(Early Brain Injury, EBI)被认为是导致SAH患者不良预后的关键因素，而目前除手术治疗外，缺乏有效的神经保护药物。

SAH后，细胞内活性氧(Reactive Oxygen Species, ROS)过度积累引发的氧化应激，以及xCT/GPX4通路介导的脂质代谢异常导致的脂质过氧化，是EBI中铁死亡(Ferroptosis)通路的主要病理生理机制。同时，小胶质细胞(Microglia)作为中枢神经系统的主要免疫细胞，在SAH后被激活为促炎M1表型或抗炎M2表型。当前研究表明，铁死亡是促进小胶质细胞向M1状态极化的关键驱动因素。因此，抑制铁死亡并调节小胶质细胞从促炎M1状态向抗炎M2状态转化，成为改善SAH预后的有希望的治疗策略。然而，血脑屏障(Blood-Brain Barrier, BBB)的存在使大多数神经保护剂无法靶向到达神经系统受损区域。

针对这一临床难题，郑州大学人民医院的研究团队在《Materials Today Bio》上发表了一项创新研究。他们成功构建了一种中性粒细胞膜包覆的仿生纳米酶NM@V-MDL-800，通过抑制铁死亡这一关键病理生理过程来改善SAH后的早期脑损伤。

研究人员采用了几项关键技术方法：通过热解V@ZIF-8前体制备单原子钒酶(V/SAE)，并利用疏水相互作用负载Sirt6变构激活剂MDL-800；从中性粒细胞中提取细胞膜并包覆纳米颗粒，赋予其BBB穿透能力和炎症靶向性；通过体内外SAH模型（小鼠内颈动脉穿刺模型和BV-2小胶质细胞血红素诱导模型）系统评估纳米酶的神经保护效果；运用小动物活体成像、Western blot、免疫荧光等多种技术手段验证纳米酶的靶向性和作用机制。

合成与表征V-MDL-800和NM@V-MDL-800

研究人员首先通过热解V@ZIF-8前体制备了单原子钒酶V/SAE。表征结果显示，V/SAE呈现均匀的十二面体形状，直径约90纳米，表面粗糙多孔。X射线衍射(XRD)谱显示既无金属V也无V₂O₅的结晶峰，表明无明显V聚集。原子分辨率高角度环形暗场扫描透射电子显微镜(HAADF-STEM)显示原子分布的V亮点，证实了单原子分散的成功构建。随后通过疏水相互作用将MDL-800负载到V/SAE上，并用中性粒细胞膜包覆，最终构建了仿生纳米酶NM@V-MDL-800。

NM@V-MDL-800展示出显著的酶模拟活性

酶活性评估显示，NM@V-MDL-800具有浓度依赖的超氧化物歧化酶(Superoxide Dismutase, SOD)样活性、过氧化氢酶(Catalase, CAT)样活性和羟基自由基清除活性。随着纳米酶浓度增加，超氧阴离子自由基(·O₂^-)清除能力显著增强，H₂O₂分解产生的溶解氧水平明显上升，羟基自由基清除效率也显著提高。

体外NM@V-MDL-800恢复血红素诱导的小胶质细胞SAH损伤模型中的细胞活力

在体外SAH模型中，NM@V-MDL-800能够有效进入BV-2细胞并逃逸溶酶体至细胞质。细胞计数试剂盒(CCK8)实验显示，NM@V-MDL-800处理组的细胞存活率显著高于游离V/SAE或MDL-800单独处理组，从约20%提高至约90%。钙黄绿素-AM/碘化丙啶(Calcein-AM/PI)共染色、流式细胞术和透射电子显微镜(Transmission Electron Microscopy, TEM)结果一致证实，NM@V-MDL-800能显著降低细胞凋亡率、恢复线粒体膜电位并减轻线粒体损伤。

体外NM@V-MDL-800对小胶质细胞SAH模型的作用机制

研究发现，NM@V-MDL-800能显著降低SAH模型小胶质细胞中的ROS水平，恢复线粒体膜电位，改善脂质代谢异常。Western blot分析显示，NM@V-MDL-800可有效激活Sirt6，降低乙酰化蛋白H3K9ac和H3K56ac的表达水平，同时抑制ACSL4表达而增加xCT和GPX4表达，从而抑制铁死亡。流式细胞术和免疫荧光结果显示，NM@V-MDL-800能显著下调M1表型标志物CD40和CD80的表达，上调M2表型标志物Arg-1和CD206的表达，促进小胶质细胞从M1向M2表型极化。

尾静脉注射NM@V-MDL-800后的生物安全性和生物分布

体内实验显示，NM@V-MDL-800具有良好的生物安全性，即使在高浓度(1600 μg/mL)下溶血率也低于5%，对主要器官无显著损伤。小动物活体成像表明，NM@V-MDL-800可有效穿透BBB并靶向聚集在出血损伤部位，显著提高SAH模型小鼠的72小时生存率。

体内NM@V-MDL-800的神经保护作用

神经行为学实验显示，NM@V-MDL-800能显著改善SAH模型小鼠的神经功能评分、空间学习记忆能力。免疫荧光染色证实，NM@V-MDL-800可促进脑内小胶质细胞从M1向M2表型极化，降低细胞死亡水平，增加GPX4表达，减少ACSL4和ROS表达。Western blot分析进一步验证了NM@V-MDL-800通过调节xCT/GPX4通路抑制铁死亡的作用。

该研究成功开发的中性粒细胞膜包覆仿生纳米酶NM@V-MDL-800，创新性地解决了神经保护药物难以透过血脑屏障靶向递送的难题。通过清除ROS、激活Sirt6/xCT/GPX4通路，该纳米酶能有效改善SAH后的氧化应激和脂质代谢紊乱，抑制小胶质细胞铁死亡，促进其从促炎M1表型向抗炎M2表型极化，最终减轻神经炎症反应。体内外实验证实，NM@V-MDL-800具有良好的靶向性和生物安全性，能显著提高SAH模型动物的生存率并改善神经功能。这项研究不仅为SAH的药物治疗提供了新策略，也为纳米酶在脑血管疾病治疗中的应用开辟了新途径，具有重要的临床转化前景。