DNA纳米电晕抗核酸酶降解的粒径依赖性机制及其在自身免疫疾病中的生物物理基础

本研究揭示了DNA与合成颗粒（40 nm-10 μm）相互作用形成的"DNA电晕"（DNA corona）对DNase 1降解的抗性机制。通过PicoGreen定量、DLS、TEM等技术，发现大颗粒（>200 nm）的DNA电晕具有显著保护作用，而小颗粒因聚集效应保护减弱；特别发现200 nm颗粒的ssDNA电晕可近乎完全抵抗核酸酶降解。该成果为阐明细胞游离DNA（cfDNA）在系统性红斑狼疮等自身免疫疾病中的致病机制提供了重要模型。

　　

在自身免疫疾病如系统性红斑狼疮（SLE）中，细胞游离DNA（cfDNA）与生物颗粒的异常相互作用长期困扰着研究人员。尽管已知这种相互作用会触发巨噬细胞的过度免疫反应，但DNA如何在颗粒表面抵抗体内核酸酶的降解，进而持续刺激免疫系统的分子机制仍是未解之谜。这一科学盲区直接阻碍了相关疾病的靶向治疗开发。

为解决这一关键问题，研究人员开展了一项突破性研究，系统探究了不同尺寸（40 nm-10 μm）合成颗粒与两种长度DNA（500-600 bp和~10,000 bp）的相互作用机制。研究创新性地发现，颗粒表面形成的DNA电晕具有显著的核酸酶抗性，且这种保护作用呈现独特的粒径依赖性规律。该成果发表于《Biophysical Journal》，为自身免疫疾病的分子机制研究提供了新的理论框架。

研究采用多尺度技术联用策略：通过PicoGreen荧光定量法精确测定DNA吸附量；利用动态光散射（DLS）分析颗粒聚集状态；结合共聚焦荧光显微镜和透射电镜（TEM）实现纳米级形貌观测；采用NanoDrop光谱技术监控DNA降解动力学。这种多维度表征体系为揭示DNA-颗粒相互作用的动态过程提供了坚实的技术支撑。

【DNA电晕的形成与表征】
研究发现所有测试颗粒均可吸附DNA形成电晕结构，但保护效果差异显著。TEM显示>200 nm颗粒表面形成致密的DNA层，而40 nm颗粒则呈现明显的聚集倾向。DLS数据证实小颗粒的流体力学直径在DNA吸附后增加3-5倍，暗示其保护失效可能与空间位阻丧失有关。

【粒径依赖的核酸酶抗性】
PicoGreen定量显示10 μm颗粒保护的DNA在DNase 1处理后保留率达85%，而40 nm颗粒组仅剩20%。特别值得注意的是，200 nm颗粒在形成ssDNA电晕时展现出近乎完全的保护效果（残留DNA>95%），这为开发靶向递送系统提供了关键尺寸参考。

【保护机制的生物物理解释】
研究提出"电晕致密化"理论：大颗粒表面曲率低，允许DNA形成紧密堆积的二级结构，有效遮蔽核酸酶切割位点；而小颗粒因高曲率导致DNA链间距增大，且易通过颗粒聚集暴露DNA末端。ssDNA的特殊柔性使其在200 nm颗粒表面能形成更致密的保护层。

该研究首次建立了颗粒尺寸-DNA保护效应的定量关系，揭示了DNA电晕的物理化学特性与其免疫激活潜能的内在联系。不仅为解释cfDNA在SLE等疾病中的持续存在提供了机制模型，更启示了通过精确调控纳米颗粒尺寸来设计DNA疫苗或基因药物的新策略。这些发现将推动从生物物理角度重新理解自身免疫疾病的发病机制，并为开发基于DNA-颗粒相互作用的诊疗技术奠定理论基础。