近日，超聲醫(yī)學(xué)研究室馬朗研究員醫(yī)工交叉團隊在ACS Nano（IF：17.1）發(fā)表了題為“Conjugated Network Supporting Highly Surface-Exposed Ru Site-Based Artificial Antioxidase for Efficiently Modulating Microenvironment and Alleviating Solar Dermatitis”的研究文章。該研究設(shè)計了一種活性中心高度暴露的含共軛網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的人工抗氧化酶（HSE-PPcRu），利用其可清除活性氧（ROS）的活性，調(diào)控細(xì)胞內(nèi)ROS相關(guān)通路減少UVB導(dǎo)致的細(xì)胞損傷，緩解UVB導(dǎo)致的皮膚炎癥。該研究為設(shè)計一種基于共軛網(wǎng)絡(luò)的活性位點高度暴露的人工抗氧化酶提供了新策略。
超聲醫(yī)學(xué)科楊冬梅碩士、袁敏嘉碩士為第一作者，馬朗研究員為通訊作者。該研究工作也得到了超聲醫(yī)學(xué)科邱邐教授的支持與幫助。
皮膚過度暴露于紫外線下會導(dǎo)致炎癥、衰老、腫瘤等皮膚損傷，紫外線造成的日光性皮炎主要原因是紫外線導(dǎo)致ROS在組織中的積累，所以緩解紫外線導(dǎo)致的日光性皮炎最主要的是減少組織中過度積累的ROS并調(diào)控微環(huán)境炎性因子。
圖1. HSE-PPcRu緩解UVB所致日光性皮炎的示意圖。
HSE-PPcRu具有良好的仿過氧化氫酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）活性，能清除H2O2、超氧陰離子（·O2-）。根據(jù)XPS計算單位Ru wt%的酶催化活性，結(jié)果表明HSE-PPcRu與對照樣相比有更好的仿CAT、SOD活性，且有良好的穩(wěn)定性。此外，研究將HSE-PPcRu與最近報道的清除ROS納米酶（如Co3O4納米棒、Mn3O4、Au24Cu1和單原子納米酶Rh-N4）進(jìn)行了全面對比，HSE-PPcRu顯示出更優(yōu)的類CAT活性。
圖2. 仿酶活性及催化動力學(xué)。A）H2O2清除率。B）O2生成。C）HSE-PcRu雙倒數(shù)圖。D）HSE-PcRu清除H2O2的Km、Vmax、和TON。E）基于XPS結(jié)果的Ru活性位點仿酶活性對比。F）HSE-PPcRu的穩(wěn)定性。G）清除ROS的抗氧化納米酶的Vmax和TON對比。H）HSE-PPcRu毒化實驗結(jié)果。
HSE-PPcRu通過清除ROS調(diào)控ROS相關(guān)通路，通過減少MAPK磷酸化，減少HaCaT細(xì)胞凋亡；通過調(diào)控NF-κB炎癥通路，減少炎性因子分泌，從而緩解UVB誘導(dǎo)的炎癥。
圖3. HSE-PPcRu的體外緩解UVB誘導(dǎo)的炎癥。A，B）各組磷酸化JNK免疫熒光圖像和熒光強度定量分析。C，D）流式細(xì)胞術(shù)檢測細(xì)胞凋亡和凋亡定量分析。E，F(xiàn)）各組細(xì)胞NF-κB免疫熒光圖和WB分析。G）各組細(xì)胞培養(yǎng)基中IL-6、IL-8、TNF-α水平。H）HSE-PPcRu緩解UVB誘導(dǎo)炎癥的示意圖。
同樣地，使用Balb/c小鼠進(jìn)行動物實驗，實驗結(jié)果表明，HSE-PPcRu的使用能緩解UVB導(dǎo)致的小鼠日光性皮炎，減少組織內(nèi)ROS積累、減少組織中炎性細(xì)胞浸潤和小鼠表皮厚度、減少角蛋白比例、減少DNA雙鏈斷裂，從而實現(xiàn)緩解小鼠UVB致日光性皮炎的目的。
圖4. HSE-PPcRu緩解UVB皮膚曬傷動物實驗。A）小鼠UVB暴露和抗氧化納米酶處理示意圖。B）處理小鼠第3天和第7天各組皮膚照片。C）各組小鼠皮膚DHE熒光染色圖。D）各組小鼠皮膚H&E染色。E）各組小鼠皮膚Masson染色。F）各組小鼠皮膚γH2AX免疫熒光染色圖片。各組G)DHE、H)相對表皮厚度、I)相對角蛋白面積、J)γH2AX的定量統(tǒng)計。
這項研究工作表明，HSE-PPcRu可以作為一種有效的人工抗氧化酶，有效和廣譜消除ROS。共軛網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的人工抗氧化酶HSE-PPcRu具有活性中心高度暴露、高分散性和高化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點。由于這些結(jié)構(gòu)特征，HSE-PPcRu表現(xiàn)出穩(wěn)定的H2O2和?O2-的消除率，超過了大多數(shù)已報道的清除ROS的人工抗氧化酶。體內(nèi)外實驗均表明，HSE-PPcRu通過清除ROS，減少ROS相關(guān)損傷，從而減輕UVB誘導(dǎo)的日光性皮炎。本研究為設(shè)計高效的人工抗氧化酶用于緩解UVB誘導(dǎo)的日光性皮炎提供了思路，有望成為一種有效的臨床策略。
川公網(wǎng)安備51010702002012
