原花青素碳点通过激活Nrf2/ARE通路抑制PRRSV复制并缓解细胞焦亡

《Veterinary Research》：Proanthocyanidins carbon dots inhibit PRRSV infection by activating Nrf2/ARE to regulate oxidative stress and NLRP3 inflammasome-mediated pyroptosis

本研究针对猪繁殖与呼吸综合征病毒（PRRSV）感染缺乏有效治疗手段的难题，开发了原花青素碳点（PAC-CDs）新型纳米材料。研究发现PAC-CDs通过激活Nrf2/ARE抗氧化通路，显著抑制PRRSV病毒侵入和复制，同时降低病毒诱导的氧化应激和NLRP3炎症小体介导的细胞焦亡，为PRRSV防控提供了双作用机制的纳米治疗策略。

　　

猪繁殖与呼吸综合征病毒（PRRSV）是严重危害全球养猪业的病原体，每年造成数十亿美元的经济损失。当前商业疫苗保护效果有限，而传统抗病毒药物存在生物利用度低、毒性大等局限性。病毒感染的致病机制与氧化应激和炎症反应密切相关，特别是NLRP3炎症小体介导的细胞焦亡在PRRSV引起的肺组织损伤中起关键作用。因此，开发能够同时靶向病毒复制和宿主炎症反应的新型治疗策略迫在眉睫。

研究人员通过水热法合成了一种新型原花青素碳点（PAC-CDs），并系统评估了其抗PRRSV活性及作用机制。该材料在Marc-145细胞和猪肺泡巨噬细胞（PAMs）中表现出卓越的生物相容性和抗病毒效果。

研究采用的主要技术方法包括：材料表征（透射电镜、动态光散射、X射线光电子能谱等）、细胞毒性检测（CCK-8法）、病毒滴度测定（空斑试验和TCID₅₀）、病毒生命周期阶段分析（时间添加试验）、分子机制研究（Western blot、RT-qPCR、免疫荧光）以及氧化应激和细胞焦亡相关指标检测（ROS、MDA、GSH、SOD、LDH等）。

PAC-CDs的合成与表征

研究人员通过150°C水热反应6小时成功合成了PAC-CDs。透射电镜显示其为均匀分布的球形纳米结构，平均直径为5.49 nm，具有明显的石墨碳晶格结构（晶面间距0.21 nm）。

X射线光电子能谱分析表明PAC-CDs主要由碳（55.98%）和氧（43.72%）元素组成，表面富含羟基、羧基和羰基等亲水基团，赋予其优异的水溶性和稳定性。

PAC-CDs抑制PRRSV感染

细胞毒性实验显示PAC-CDs在Marc-145细胞中的半细胞毒性浓度（CC₅₀）为495.4 μg/mL，显著低于原花青素（121.5 μg/mL），表明碳点化改造提高了生物安全性。在抗病毒活性方面，PAC-CDs以剂量依赖方式抑制PRRSV复制，20 μg/mL处理48小时后病毒滴度降低4.59×10³倍，效果显著优于原花青素。这种抑制效果在三种不同基因型PRRSV毒株（BB0907、FJ1402、S1）中均得到验证，表明其抗病毒活性具有广谱性。

PAC-CDs靶向病毒侵入和复制阶段

时间添加试验表明，PAC-CDs在病毒感染同时（共处理）和感染后（后处理）添加均能显著抑制PRRSV复制，而以病毒感染前（预处理）效果最弱。

进一步机制研究发现，PAC-CDs不能直接灭活病毒，也不影响病毒吸附和释放，但能显著抑制病毒内化（降低10倍病毒滴度）和复制（减少10³倍负链RNA拷贝），表明其作用靶点主要集中在病毒进入细胞后的早期复制阶段。

PAC-CDs激活Nrf2/ARE通路缓解氧化应激

Western blot结果显示，PAC-CDs能剂量和时间依赖性地上调Nrf2及其下游抗氧化酶HO-1和NQO1的表达。

功能实验证实Nrf2过表达可抑制PRRSV复制，而Nrf2抑制剂ML385则能逆转PAC-CDs的抗病毒作用。在氧化应激指标方面，PAC-CDs处理显著降低了PRRSV诱导的ROS和MDA水平，同时提高了GSH和SOD活性，表明其能有效缓解病毒引起的氧化损伤。

PAC-CDs抑制NLRP3炎症小体介导的细胞焦亡

PRRSV感染显著激活了NLRP3炎症小体通路，上调NLRP3、ASC、Cleaved Caspase1、N-GSDMD和Cleaved IL-1β等焦亡相关蛋白表达。PAC-CDs以剂量依赖方式抑制这些蛋白的表达，同时降低乳酸脱氢酶（LDH）释放和促炎细胞因子（IL-1β、IL-6、IL-8、TNF-α）水平。

ML385处理可逆转PAC-CDs对焦亡和炎症的抑制作用，证实Nrf2通路在调控NLRP3炎症小体活化中的关键作用。

PAC-CDs在PAMs中的验证

在PRRSV主要靶细胞猪肺泡巨噬细胞中，PAC-CDs同样通过激活Nrf2通路抑制病毒复制，并缓解氧化应激和细胞焦亡，证实其在生理相关细胞模型中的有效性。

本研究首次报道了原花青素碳点（PAC-CDs）作为一种新型纳米抗病毒制剂，通过双重机制抑制PRRSV感染：一方面通过激活Nrf2/ARE通路增强细胞抗氧化防御能力，抑制病毒复制；另一方面通过调控NLRP3炎症小体介导的细胞焦亡，减轻病毒引起的炎症损伤。这种"抗病毒-抗炎"双效作用机制为PRRSV防控提供了新思路，同时也为其他病毒性疾病的纳米治疗策略开发提供了重要参考。PAC-CDs优异的生物相容性和水溶性，以及其对多种PRRSV毒株的广谱抑制作用，展现了其良好的临床应用前景。该研究不仅深化了对碳纳米材料抗病毒机制的理解，也为解决当前PRRSV防控难题提供了有价值的候选方案。