基于铈基金属有机框架的多酶仿生纳米酶精准调控活性氧协同抗菌及MRSA感染伤口组织修复研究

为解决抗生素耐药性病原体（尤其是与生物膜相关的难治性感染）这一全球公共卫生挑战，中国农业大学的研究团队开发了一种新型铈基MOF（Ce-MOF）仿生抗菌系统SA/B-Uio-66(Ce)。该系统通过纳米酶的氧化酶（OXD）、过氧化物酶（POD）和磷酸酯水解酶（PEH）多酶活性协同产生ROS，结合血根碱（SA）的抗菌作用，实现了对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）生物膜的靶向清除和伤口修复。研究证实其疗效与万古霉素相当，为慢性感染治疗提供了新策略。

　　

抗生素耐药性病原体已成为全球公共卫生的重大威胁，尤其是耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）形成的生物膜，其复杂的胞外聚合物（EPS）基质和酸性微环境（BME）使传统抗生素难以渗透。据统计，80%的MRSA伤口感染伴随生物膜形成，导致治疗失败率居高不下。化学动力学治疗（CDT）虽能通过芬顿反应产生活性氧（ROS）杀菌，但ROS的精准调控和生物膜穿透仍是难题。

中国农业大学的研究团队创新性地设计了一种铈基金属有机框架（Ce-MOF）纳米酶SA/B-Uio-66(Ce)，通过仿生多酶协同和靶向递送技术，实现了对MRSA生物膜的高效清除和伤口修复。该系统首次整合了铈基MOF的氧化酶（OXD）、过氧化物酶（POD）和磷酸酯水解酶（PEH）活性，可降解生物膜中的胞外DNA（eDNA）并干扰细菌能量代谢。研究通过表面修饰苯硼酸（BA）靶向细菌表面的顺式二醇基团，结合血根碱（SA）的强效抗菌作用，显著提升了抗菌特异性。

研究采用溶热法合成Uio-66(Ce)，通过后修饰加载4-氨基苯硼酸（4-APBA）和SA，利用SEM、TEM、XPS等技术表征材料特性。通过酶动力学实验验证其多酶活性，包括TMB显色法检测OXD/POD活性，BNPP水解评估PEH活性。体外抗菌实验采用MRSA（ATCC 33591）模型，通过MIC测定、活/死菌染色（SYTO 9/PI）和ATP含量分析评估效果。转录组测序（Illumina平台）解析抗菌机制，小鼠感染模型验证体内疗效。

结果部分：

1. 材料表征与多酶活性：SA/B-Uio-66(Ce)粒径为198.13±11.16 nm，XRD显示典型Uio-66(Ce)晶型（7.1°、8.2°衍射峰）。XPS证实Ce³⁺/Ce⁴⁺共存（占比50.25%），赋予其氧化还原活性。酶动力学显示其OXD活性达39,000/M·cm（652 nm），PEH对BNPP的K_m为0.28 mM，表明高效底物亲和力。

2. 体外抗菌与生物膜清除：SA/B-Uio-66(Ce)在250 μg/mL浓度下6小时内杀灭99.2%的MRSA，显著优于游离SA（p<0.001）。CLSM显示其穿透EPS后形成孔洞结构，生物膜体积减少78.5%（IMARIS分析）。转录组发现下调耐药基因（如cap8D、glmU）和能量代谢相关基因（如gap、icd），同时上调核糖体蛋白基因（rpsP、rplM），导致代谢紊乱。

3. 体内伤口愈合：小鼠感染模型中，SA/B-Uio-66(Ce)治疗12天后伤口面积缩小90%，与万古霉素组无差异（p>0.05）。H&E染色显示其促进上皮再生，胶原沉积（Masson染色）增加2.1倍，CD31⁺血管密度提高3倍。免疫荧光证实其诱导巨噬细胞从M1（iNOS⁺）向M2（CD206⁺）表型转化，降低IL-6、TNF-α表达。

结论与意义：该研究构建的多酶仿生系统通过“可控ROS调控”策略，解决了传统抗生素对生物膜渗透性差和耐药性发展的瓶颈。其创新性体现在：①首次利用Ce-MOF整合OXD/POD/PEH多酶活性；②通过BA-SA协同靶向实现精准抗菌；③转录组证实其通过干扰核苷酸代谢（如pyrC、purA）和ABC转运体（如ugpC）逆转耐药性。该成果发表于《Journal of Nanobiotechnology》，为慢性感染治疗提供了兼具高效性和安全性的纳米酶设计方案，并为天然药物增效减毒提供了新思路。