紫甘薯源碳点(CPP-CDs)通过TLR4/NF-κB/NLRP3通路调控巨噬细胞极化与焦亡的抗炎机制研究

本研究针对革兰阴性菌感染引发的急性炎症治疗难题，以紫甘薯粗提物为原料合成碳点(CPP-CDs)，通过LPS诱导的巨噬细胞炎症模型和小鼠脓毒症模型，首次揭示CPP-CDs通过抑制TLR4/NF-κB信号通路、调节NLRP3炎症小体活化及促进M2型巨噬细胞极化等多途径发挥抗炎作用，其优异的生物相容性为纳米抗炎材料开发提供新策略。

　　

背景与挑战
革兰阴性菌感染引发的脓毒症仍是临床治疗的重大挑战，其细胞壁成分脂多糖(LPS)通过激活TLR4受体触发"细胞因子风暴"，导致多器官衰竭。尽管抗生素广泛应用，但细菌耐药性增强和传统抗炎药物的毒副作用限制了疗效。紫色甘薯富含多酚、花青素等天然抗炎成分，但存在生物利用度低、稳定性差等问题。纳米碳点(CDs)因其独特的尺寸效应和表面可修饰性，成为突破这一瓶颈的新兴材料。南通大学附属医院联合江苏师范大学的研究团队创新性地将紫甘薯粗提物转化为功能化碳点，为急性炎症治疗提供纳米级解决方案。

关键技术方法
研究采用水热法合成紫甘薯碳点(CPP-CDs)，通过透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)表征其理化性质；建立LPS诱导的小鼠脓毒症模型和骨髓源性巨噬细胞(BMDMs)炎症模型；运用ELISA检测细胞因子分泌，流式细胞术分析活性氧(ROS)水平，非损伤微测技术(NMT)监测Ca²⁺流；通过免疫共沉淀(Co-IP)验证P2X7R/NLRP3相互作用，Western blot分析TLR4/NF-κB通路蛋白表达。

研究结果

CPP-CDs的合成与表征
TEM显示CPP-CDs呈均匀球形(3.5±0.5 nm)，XPS证实其表面富含C=O和-OH基团。相比紫甘薯粗提物(CPP)，CPP-CDs的量子产率提升至8.45%，且保留了前体的芳香环结构。值得注意的是，在三种紫甘薯衍生碳点中，仅块茎来源的CPP-CDs能显著抑制IL-1β、IL-6和TNF-α表达，凸显原料选择的关键性。

体外抗炎机制
在LPS刺激的BMDMs中，CPP-CDs(1 mg/mL)使IL-1β分泌降低67.3%，同时将细胞内ATP水平恢复至对照组的82%。通过抑制TLR4表达，CPP-CDs减少p-P65核转位(免疫荧光证实核内p-P65减少41%)，阻断NF-κB信号传导。更关键的是，CPP-CDs通过调节Ca²⁺稳态(使Fluo-4荧光强度下降58%)，抑制NLRP3炎症小体组装，减少GSDMD剪切和焦亡小体形成。

体内治疗效果
在5 mg/kg LPS诱导的小鼠脓毒症模型中，CPP-CDs(30 mg/kg)将72小时存活率从0%提升至66.7%。H&E染色显示其显著减轻结肠隐窝结构破坏和肝脏中央静脉炎症浸润，病理评分降低3.2倍。血清学检测证实CPP-CDs使TNF-α水平下降至LPS组的28%，且连续12天给药未引起肝肾功能指标(ALT/AST)异常。

创新性机制发现
研究首次揭示CPP-CDs通过双重调控发挥抗炎作用：一方面破坏P2X7R-NLRP3相互作用(Co-IP显示结合率降低54%)，另一方面促进NLRP3泛素化降解(蛋白酶体抑制剂MG132处理后，泛素化水平增加2.1倍)。这种"上游阻断-下游降解"的协同机制，为炎症小体靶向治疗提供新思路。

结论与展望
该研究证实紫甘薯源碳点CPP-CDs通过多靶点调控巨噬细胞功能，包括：抑制TLR4/NF-κB信号转导、阻断Ca²⁺依赖的NLRP3活化、促进M2型极化(ARG1表达上调3.8倍)，其纳米尺寸特性(2-4 nm)显著提升了生物利用度。论文发表于《Journal of Nanobiotechnology》，为天然产物高值化利用和纳米抗炎药物开发奠定基础。未来研究可进一步优化表面官能团，探索在类风湿关节炎等慢性炎症中的应用。