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【文献速递】病毒性肺炎的可吸入纳米催化疗法

【文献速递】病毒性肺炎的可吸入纳米催化疗法

2025-06-12 11:48:52

近日,天津医科大学/天津大学郑斌教授清华大学程功教授团队合作在病毒性肺炎纳米催化疗法方面取得了新进展。相关研究成果已经发表在国际权威期刊《Nature Materials》(IF=37.2、一区top期刊)上。
















病毒性肺炎作为由流感病毒等病原体引发的全球性健康威胁,每年导致近百万人死亡。病毒感染肺泡上皮细胞和巨噬细胞后,激活NADPH氧化酶2(Nox2),诱发活性氧(ROS)的爆发性积累。过量的ROS不仅直接损伤肺组织,更激活NF-κB等炎症通路,引发IL-1β、IL-6、TNF-α等细胞因子风暴,从而导致急性呼吸窘迫综合征(ARDS)乃至多器官衰竭。现有临床策略如糖皮质激素虽能抑制免疫反应,但易造成继发感染和代谢紊乱;抗病毒药物如核苷类似物存在广谱性不足、研发周期长等问题,尤其对新发病毒常束手无策。因此,迫切需要开发一种能精准调控肺部氧化应激微环境、兼具广谱抗病毒作用的新型疗法

针对上述挑战,靶向清除ROS的抗氧化治疗成为潜在突破口。天然酶类(如超氧化物歧化酶SOD、过氧化氢酶CAT)虽可分解ROS,但其蛋白质结构在炎症环境中极不稳定,且难以穿越生物屏障抵达病灶深处。近年来,人工模拟酶活性的纳米酶技术在抗炎领域崭露头角,但传统铈基纳米材料(如CeO₂)因降解缓慢、生物相容性差,无法满足吸入治疗的长期安全性需求。此外,由于肺部复杂的生理结构和动态黏液清除机制,纳米颗粒难以在炎症部位有效蓄积,导致治疗效果大打折扣。这些瓶颈问题共同指向一个核心需求:一种可降解、能主动靶向炎症区域并响应微环境变化的智能纳米催化系统

基于此,研究人员提出"可吸入自组装纳米酶"的创新解决方案。该平台以单宁酸修饰的二氧化铈纳米粒(CeTA)为核心,通过硫缩酮(thioketal)连接子将其与β-折叠肽(KLVFF)及聚乙二醇(PEG)偶联,构建出CeTA-K₁tkP复合体。其独特优势在于三重机制协同:首先,CeTA在酸性溶酶体中可降解(28天降解率68%),并具有SOD/CAT双酶活性,能高效清除·OH与O₂·⁻;其次,高浓度ROS会裂解硫缩酮,触发肽链自组装成β-折叠纤维网络,使纳米酶在炎症部位特异性聚集蓄积;最后,该平台能促进巨噬细胞向抗炎修复的M2型极化,并直接结合流感病毒血凝素(HA)与仙台病毒HN蛋白,阻断病毒侵入。这种"ROS响应-自组装靶向-催化清除-免疫调节"的多级联策略,为应对病毒性肺炎及继发细菌感染提供了兼具安全性、高效性与广谱性的治疗新范式

图1. CeTA-K₁tkP 纳米平台在炎症环境中的自组装能力及肺部靶向滞留效果



为了验证CeTA-K₁tkP纳米平台的炎症靶向滞留机制,通过体内外模型评估其在炎症环境中由ROS触发的自组装与蓄积能力。在LPS诱导的肺炎小鼠模型中,鼻内给予Cy5.5标记的CeTA-K₁tkP后12小时,使用广州太阳388vip下载生物科技公司Aniview多模式动物活体成像系统进行活体荧光成像(图1a),结果显示其肺部滞留显著强于对照组,定量分析证实炎症肺组织荧光强度超正常组织2倍以上。电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)进一步追踪元素铈的分布(图1c),发现CeTA-K₁tkP在炎症肺中持续蓄积长达7天,72小时浓度达峰值,而对照组迅速清除,证明其炎症靶向性。体外Transwell实验(图1d)揭示关键机制:LPS或过氧化氢处理的炎症细胞模型(RAW 264.7/A549)与罗丹明B标记的CeTA-K₁tkP共孵育后,下室穿透的荧光粒子大幅减少,而正常细胞下室荧光较强,表明炎症高ROS环境触发纳米平台自组装为不可穿透的纤维结构,从而实现病灶特异性锚定。该结果证实了CeTA-K₁tkP的"响应性自组装-靶向滞留"协同机制对克服肺部递送屏障的突破性价值


论文链接:

https://doi.org/10.1038/s41563-024-02041-5



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