具有抗氧化催化和无抗生素抗菌活性的多功能混合纳米酶用于增强多靶点脓毒症治疗

Multimodal hybrid nanozymes with antioxidant catalytic and antibiotic-free antibacterial activities for enhanced multi-target sepsis therapy.

作者信息Kai Zhu, Bowen Zhang, Yanhua Li, Yingwei Pan, Shikun Zhang, Haowen Tang, Zhanyu Yang, Xuan Tang, Xiaoyong Zhang, Wanyi Chen, Quan Wang, Shujie Ma, Lian Zhao, Yongming Yao, Hong Zhou, Gan Chen
PMID41564860
发布时间2026-01
DOI10.1016/j.xcrm.2025.102541

实验完整度

体外细胞实验(RAW264.7)、CLP和二次打击脓毒症小鼠模型、线粒体蛋白质组学、以及人肝类器官共培养模型,涵盖多层级验证和机制研究。

主要模型

RAW264.7巨噬细胞 CLP诱导的脓毒症小鼠模型 二次打击脓毒症小鼠模型 人肝源性类器官共培养模型(含巨噬细胞)

重点核对

Ce-BE NZs的合成方法与浓度(10 mg/kg) CLP模型中Ce-BE NZs的给药时间(立即或2小时后) 二次打击模型中PA.的接种量(1×10^6 CFU/mL) FINO2诱导铁死亡的给药方案(0.2 mL 5 mM,每日一次,连续3天) 人肝类器官共培养中Ce-BE NZs的浓度(100 μg/mL)

摘要

Zhu等人开发了具有广谱抗菌和氧化还原酶模拟活性的Ce-黄芩素纳米酶(Ce-BE NZs)。这些Ce-BE NZs在脓毒症模型中显示出多靶点治疗效果,从而为脓毒症和其他感染性疾病的治疗提供了一种策略。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
本研究旨在探讨通过金属-多酚配位构建的Ce-黄芩素纳米酶(Ce-BE NZs)是否能够通过多靶点机制(抗菌、抗氧化、免疫调节和抑制铁死亡)有效治疗脓毒症及其引起的肝损伤。
核心机制
Ce-BE NZs通过上调铁蛋白重链1(FTH1)表达,抑制铁死亡并改善线粒体功能障碍,从而减轻脓毒症诱导的肝损伤。
主要证据
在CLP和二次打击脓毒症小鼠模型中,Ce-BE NZs提高了生存率,减轻了肝损伤;线粒体蛋白质组学分析显示FTH1表达上调;在含巨噬细胞的人肝类器官模型中,Ce-BE NZs减少了ROS和铁沉积,并上调GPX4和FTH1表达。
研究意义
Ce-BE NZs作为一种多靶点治疗策略,为脓毒症和其他感染性疾病的无抗生素治疗方案提供了潜在可能,并可能促进其临床转化。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

合成与表征Ce-BE NZs

确定Ce-BE NZs的理化性质、抗氧化活性及稳定性,为后续生物医学应用奠定基础。

通过配位反应合成Ce-BE NZs,利用TEM、FTIR、XPS、UV-vis、DLS等技术表征其形貌、粒径、元素组成和稳定性,并评估其自由基清除及SOD/CAT模拟活性。

2

评估Ce-BE NZs的广谱抗菌活性

验证Ce-BE NZs对常见脓毒症相关细菌的杀灭效果及其体外抗菌机制。

采用琼脂平板法、SEM形态观察和活死细菌染色,评估Ce-BE NZs对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和铜绿假单胞菌的抗菌活性,并测定MIC。

3

检测Ce-BE NZs对LPS诱导巨噬细胞炎症的缓解作用

验证Ce-BE NZs能否清除细胞内ROS、抑制炎症因子分泌并调节巨噬细胞极化。

用Ce-BE NZs预处理RAW264.7细胞1小时,再加入LPS(1 μg/mL)刺激24小时,通过流式细胞术、免疫荧光、qPCR、ELISA等检测ROS水平、炎症因子表达和M1/M2极化标志。

4

验证Ce-BE NZs对CLP和二次打击脓毒症模型的治疗效果

评估Ce-BE NZs在体内对脓毒症生存率、肝损伤和免疫调节的影响。

建立CLP和二次打击(CLP后气管内接种PA.)小鼠模型,给予Ce-BE NZs(10 mg/kg)治疗,监测生存率、血液学参数、肝功能指标、肝组织病理、巨噬细胞极化和炎症因子水平。

5

探究Ce-BE NZs对线粒体功能障碍的改善作用

研究Ce-BE NZs是否能够缓解脓毒症诱导的肝线粒体损伤和功能异常。

提取肝线粒体,通过TEM观察形态,测定ATP酶活性、氧消耗率(OCR),并进行线粒体蛋白质组学分析,以揭示相关机制。

6

验证铁死亡抑制在Ce-BE NZs疗效中的作用

证明Ce-BE NZs通过抑制铁死亡来减轻肝损伤和改善生存率。

检测肝组织中ROS、脂质过氧化产物(4-HNE、MDA)、铁含量及GPX4/FTH1表达;使用铁死亡诱导剂FINO2预处理,观察其对Ce-BE NZs疗效的影响。

7

评估Ce-BE NZs在含巨噬细胞的人肝类器官模型中的作用

在更接近人体的模型系统中验证Ce-BE NZs对脓毒症相关肝损伤的保护作用。

将hESC来源的巨噬细胞与人肝类器官共培养,加入LPS诱导损伤,并用Ce-BE NZs处理,检测ROS、铁沉积、GPX4/FTH1表达、细胞活性及肝功能指标。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
黄芩素MacklinB802462
氯化亚铈AladdinC102765
甲醇Sinopharm40064260
头孢呋辛钠MacklinC804336
硫酸庆大霉素MacklinG810322
维生素CMacklinS799300
亚甲基蓝AladdinM196500
DMPOMCEHY-107690
TEMPOMCEHY-W001187
BMPOMCEHY-121137
次黄嘌呤MCEHY-N0091
黄嘌呤氧化酶MCEHY-P2755
FINO2SelleckE1244
DMEM培养基Gibco11965092
胎牛血清ExcellFSP500
mTeSR1完全试剂盒STEMCELL85850
人类肝脏类器官生长培养基STEMCELL100-0385
人类肝脏类器官分化培养基STEMCELL100-0383
DCFDA/H2DCFDA 细胞ROS检测试剂盒Abcamab113851
活/死细胞活性检测试剂盒Abcamab287858
还原型谷胱甘肽检测试剂盒Nanjing JianchengA006-1-1
组织铁含量检测试剂盒Nanjing JianchengA039-2-1
小鼠IL-1β ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-M0037
小鼠IL-6 ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-M0044
小鼠TNF-α ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-M3063
丙氨酸氨基转移酶活性检测试剂盒ElabscienceE-BC-K235-M
乳酸脱氢酶活性检测试剂盒ElabscienceE-BC-K046-M
Seahorse XF细胞线粒体压力测试试剂盒Agilent103016-100
RNeasy Mini试剂盒QIAGEN74104
ReverTra Ace qPCR反转录试剂盒TOYOBOFSQ-101
SYBR Green实时PCR预混液TOYOBOQPK-201
重组人巨噬细胞集落刺激因子novoproteinC417
抗COX2抗体Abcamab179800
抗4-羟基壬烯醛抗体Abcamab48506
抗谷胱甘肽过氧化物酶4小鼠单克隆抗体ServicebioGB154327
抗铁蛋白重链兔多克隆抗体ServicebioGB115535
抗髓过氧化物酶小鼠单克隆抗体ServicebioGB120016
抗EpCAM兔多克隆抗体ServicebioGB11274
抗Ki67兔多克隆抗体ServicebioGB111141
抗HNF-4α兔多克隆抗体ServicebioGB115549
抗白蛋白小鼠单克隆抗体ServicebioGB14005
SOX9兔多克隆抗体ABclonalA2479
IL6兔多克隆抗体ABclonalA0286

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
合成与表征
Ce-BE NZs的合成步骤(CeCl3、PVP、BE用量及反应条件)、粒径和稳定性数据
阅读提示:STAR★Methods: 合成与表征
抗菌活性
细菌菌株(ATCC编号)、Ce-BE NZs浓度(1 mg/mL)、共培养时间(8小时)、MIC测定方法
阅读提示:STAR★Methods: 抗菌活性测定,Figure 2图注
细胞实验
RAW264.7细胞的培养条件、Ce-BE NZs处理浓度(1和10 μg/mL)、LPS浓度(1 μg/mL)、处理时间(预处理1小时,LPS刺激24小时)
阅读提示:STAR★Methods: 细胞处理,Figure 3图注
动物模型
小鼠品系、性别、年龄、体重;CLP手术细节;给药剂量(10 mg/kg)和途径(腹腔注射);观察时间点;血液学及生化指标检测方法
阅读提示:STAR★Methods: 小鼠脓毒症模型,Figure 4图注
线粒体功能
线粒体提取方法(试剂盒)、OCR测定条件(Seahorse)、蛋白质组学方法
阅读提示:STAR★Methods: 线粒体功能测定,Figure 5图注
铁死亡评估
ROS、4-HNE、MDA、铁离子含量、GPX4/FTH1表达检测方法;FINO2给药方案(0.2 mL 5 mM,每日一次,连续3天)
阅读提示:STAR★Methods: 铁死亡评估,Figure 6图注
类器官模型
hESC分化巨噬细胞流程、类器官培养与分化时间、共培养密度、Ce-BE NZs浓度(100 μg/mL)、LPS浓度(1 μg/mL)及处理时间
阅读提示:STAR★Methods: 人肝类器官处理,Figure 7图注