《Signal Transduction and Targeted Therapy》：Nature-inspired confined cascade enzyme nanoreactors for targeted atherosclerosis therapy
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氧化应激和过度的炎症反应是动脉粥样硬化形成与进展的关键驱动因素。针对此，研究人员受自然界多酶复合物启发，设计了一种集超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和谷胱甘肽过氧化物酶活性于一体的仿生纳米反应器，实现了对活性氧的级联清除，并通过中性粒细胞膜修饰赋予其靶向斑块的能力。体外体内实验证实，该纳米反应器可有效抑制炎症、减少泡沫细胞形成并延缓细胞衰老，为动脉粥样硬化治疗提供了新策略，凸显了仿生级联纳米酶在心血管疾病治疗中的潜力。
心血管疾病，特别是动脉粥样硬化，是全球范围内导致发病和死亡的主要原因。尽管其病理机制复杂，但氧化应激和慢性炎症是公认的核心驱动因素。在动脉粥样硬化斑块微环境中，过量的活性氧会损伤血管内皮细胞，氧化脂蛋白，招募巨噬细胞，最终导致泡沫细胞形成和斑块不稳定。此外，衰老的细胞会分泌更多炎性因子，进一步加速疾病进程。然而，使用天然抗氧化酶进行治疗面临成本高、稳定性差等挑战。为了攻克这些难题，纳米酶作为模拟酶功能的材料应运而生，但其在复杂生理环境中的靶向性和催化效率仍有待提升。如何设计一种既能高效清除多种活性氧，又能精准靶向病变部位的智能纳米药物，是当前动脉粥样硬化治疗领域的一大难题。
为了应对上述挑战，研究人员在《Signal Transduction and Targeted Therapy》期刊上发表了一项研究。他们从自然界中紧密排列、高效协作的多酶复合物中汲取灵感，构建了一种名为USPB@SeDMSN@NM的仿生级联纳米反应器，用于动脉粥样硬化的靶向治疗。该研究旨在验证这种仿生纳米平台能否通过级联抗氧化和抗衰老活性，有效调节斑块微环境，从而抑制动脉粥样硬化的发展。
为开展此项研究，作者运用了以下关键技术方法：
- 1.
纳米材料合成与表征：合成并表征了硒掺杂的树枝状介孔二氧化硅纳米颗粒、超小普鲁士蓝纳米颗粒，并通过组装和膜包覆构建了最终的纳米反应器，使用透射电子显微镜、X射线衍射、动态光散射等手段确认其形貌、结构和稳定性。
- 2.
酶活性测定：采用紫外-可见分光光度法、电子顺磁共振等技术，系统评估了纳米反应器模拟过氧化物酶、过氧化氢酶、超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化物酶的活性。
- 3.
体外细胞功能验证：使用小鼠巨噬细胞系和人类脐静脉内皮细胞，通过荧光探针检测活性氧水平，酶联免疫吸附法检测炎性因子，油红O染色评估泡沫细胞形成，β-半乳糖苷酶染色和γ-H2AX免疫荧光评估细胞衰老和DNA损伤，以及蛋白质印迹和流式细胞术分析细胞摄取和表型极化。
- 4.
体内动物模型研究：采用载脂蛋白E敲除小鼠喂食高脂饲料构建动脉粥样硬化模型。通过静脉注射纳米制剂，利用电感耦合等离子体质谱/光谱法分析药代动力学和生物分布，近红外荧光成像评估斑块靶向性，最后对主动脉进行油红O染色、苏木精-伊红染色、免疫荧光染色等组织学分析，全面评估治疗效果。
研究结果：
USPB@SeDMSN@NM的合成与表征
研究人员成功合成了具有树枝状大孔结构的硒掺杂介孔二氧化硅纳米颗粒，并将超小的普鲁士蓝纳米颗粒装载于其孔道中，最后包覆上从C57BL/6小鼠骨髓中提取的中性粒细胞膜，构建了USPB@SeDMSN@NM纳米反应器。表征结果显示，该纳米颗粒尺寸均一（约158 nm），具有良好的胶体稳定性，并保留了核心纳米材料的多种酶模拟活性。透射电镜和能量色散X射线光谱分析证实了各成分的成功负载与膜包覆。
多酶活性
体外酶活实验表明，与单一的USPB或SeDMSN相比，整合的USPB@SeDMSN@NM展现出显著增强的过氧化物酶、过氧化氢酶、超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化物酶模拟活性。这种级联催化体系能够高效、连续地清除超氧阴离子、过氧化氢和羟基自由基等多种活性氧。
生物降解性与生物安全性
在模拟体液中的降解实验表明，该纳米反应器可在中性及微酸性环境中缓慢降解，具有良好的生物可降解性。细胞毒性实验、溶血实验及小鼠体内血液学分析均表明，USPB@SeDMSN@NM具有良好的生物相容性。
中性粒细胞膜包覆增强对活化内皮细胞和巨噬细胞的摄取效率
蛋白质印迹证实，纳米反应器表面保留了中性粒细胞的关键靶向蛋白（整合素β2和LFA-1）。细胞实验显示，与未包膜或脂质体包覆的对照组相比，USPB@SeDMSN@NM能更有效地被肿瘤坏死因子-α激活的内皮细胞和脂多糖激活的巨噬细胞摄取，这归因于其表面粘附分子与炎症细胞表面高表达的细胞间粘附分子-1的相互作用。
清除活性氧、调控巨噬细胞极化及抗炎效应
在激活的巨噬细胞和内皮细胞中，USPB@SeDMSN@NM能最有效地降低细胞内活性氧水平。它还能显著降低脂多糖刺激的巨噬细胞中白细胞介素-6、白细胞介素-1β、肿瘤坏死因子-α等促炎因子的分泌，同时上调抗炎因子白细胞介素-10的表达。机制上，该纳米反应器能下调缺氧诱导因子-1α的表达，并促进巨噬细胞从促炎的M1表型（iNOS+, CD86+）向抗炎的M2表型（Arg1+, CD206+）极化。
抑制泡沫细胞形成和内皮细胞衰老
在脂多糖和氧化型低密度脂蛋白共处理的巨噬细胞中，USPB@SeDMSN@NM处理能显著减少油红O染色面积和细胞内氧化型低密度脂蛋白的积聚，表明其可有效抑制泡沫细胞形成。在过氧化氢诱导的衰老内皮细胞模型中，该纳米反应器能减少DNA损伤标志物γ-H2AX的焦点形成，降低衰老相关β-半乳糖苷酶活性，并下调衰老相关基因p53和p21的表达，展现出强大的抗衰老能力。
药代动力学、生物分布及斑块靶向功效
在小鼠体内，中性粒细胞膜包覆显著延长了纳米反应器的血液循环半衰期。在载脂蛋白E敲除动脉粥样硬化模型小鼠中，近红外荧光成像显示，USPB@SeDMSN@NM在主动脉斑块处的蓄积量显著高于非靶向对照组，证实了其优异的体内靶向能力。?/? mice.">
USPB@SeDMSN@NM减轻载脂蛋白E敲除小鼠的动脉粥样硬化斑块进展
在长期的治疗实验中，静脉注射USPB@SeDMSN@NM可最有效地减少载脂蛋白E敲除小鼠主动脉的总体斑块面积和主动脉根部的病变面积。组织学分析进一步显示，治疗组斑块内的坏死核心减小，巨噬细胞浸润减少，胶原含量相对增加，同时基质金属蛋白酶-9的表达降低，表明斑块稳定性得到改善。
研究结论与意义
本研究成功设计并构建了一种受自然界多酶复合物启发的仿生级联纳米反应器USPB@SeDMSN@NM。该平台通过将具有超氧化物歧化酶/过氧化氢酶活性的超小普鲁士蓝纳米颗粒和具有谷胱甘肽过氧化物酶活性的硒，共同限制在树枝状介孔二氧化硅的大孔中，创造了一个高效的级联催化微环境，从而实现了对多种活性氧的协同清除。表面包覆的中性粒细胞膜不仅延长了其血液循环时间，还通过其固有的趋炎特性，将纳米反应器精准递送至动脉粥样硬化斑块这一炎症部位。
该研究的核心结论在于，USPB@SeDMSN@NM通过多管齐下的方式有效对抗动脉粥样硬化：首先，其强大的级联抗氧化能力直接中和了斑块微环境中的过量活性氧，从源头上减轻氧化应激。其次，通过调节巨噬细胞极化、抑制促炎因子分泌，它重塑了斑块的炎症微环境，使其向抗炎、修复的方向转变。再者，它通过减少氧化型低密度脂蛋白的摄取，直接抑制了泡沫细胞这一斑块核心成分的形成。最后，其抗DNA损伤和抗细胞衰老的作用，有助于保护血管内皮功能，延缓疾病进程。体内实验在载脂蛋白E敲除小鼠模型中全面证实了这些疗效，显著抑制了斑块进展并改善了斑块稳定性。
这项研究的重要意义在于，它不仅仅是将几种纳米酶功能简单叠加，而是通过精妙的“空间限制”仿生设计，模拟了天然抗氧化酶系统的高效协作机制，从而实现了“1+1>2”的协同催化效果。同时，创新的细胞膜伪装策略解决了纳米药物靶向递送的难题。这项工作为动脉粥样硬化这一复杂慢性疾病的治疗提供了一种全新的、具有多效性的纳米治疗策略，也为开发用于其他炎症性或氧化应激相关疾病的仿生纳米药物提供了重要的设计思路和理论依据。
