抗菌肽靶向光动力疗法通过调控群体感应系统抑制牙菌斑生物膜形成

为解决抗生素耐药性导致的牙周菌斑生物膜清除难题，南京大学口腔医学院团队开发了一种基于金属有机框架（MOF）的多功能纳米平台ICG@Uio-66-UBI。该平台通过抗菌肽UBI29-41靶向细菌表面脂多糖（LPS），结合808 nm近红外光激发的光动力疗法（PDT），实现活性氧（ROS）精准释放，破坏细菌膜结构并抑制生物膜形成。研究同时证实该平台可阻断LPS-TLR4结合、下调NF-κB通路炎症反应，并通过调控LuxS/AI-2群体感应（QS）系统降低毒力基因表达。动物实验显示其显著抑制牙龈组织胶原降解，为牙周炎治疗提供了新型精准策略。

　　

牙周炎作为全球高发的慢性炎症性疾病，其核心致病机制是牙菌斑生物膜中微生物群落与宿主免疫系统的失衡。传统机械清创和抗生素治疗面临两大瓶颈：生物膜在牙周袋等复杂解剖结构的顽固定植，以及抗生素耐药性加剧导致的临床失效。更棘手的是，牙龈卟啉单胞菌（Porphyromonas gingivalis）等病原体通过脂多糖（LPS）激活TLR4/NF-κB炎症通路，同时依赖群体感应（Quorum Sensing, QS）系统协调毒力因子分泌，形成"感染-炎症-组织破坏"的恶性循环。尽管光动力疗法（Photodynamic Therapy, PDT）通过光敏剂产生活性氧（ROS）展现出抗菌潜力，但游离光敏剂存在靶向性差、ROS产量不足等问题，且对革兰阴性菌外膜的穿透效率有限。

南京大学口腔医学院的研究团队在《Materials Today Bio》发表的研究中，创新性地将抗菌肽UBI29-41与金属有机框架（Uio-66-NH₂
）结合，构建了ICG@Uio-66-UBI纳米平台。该研究通过负载光敏剂吲哚菁绿（ICG），实现了近红外光控的精准抗菌-抗炎协同治疗，并首次揭示了其对LuxS/AI-2 QS通路的调控机制。

研究采用溶剂热法合成Uio-66-NH₂
载体，通过静电作用负载ICG后，利用EDC/NHS活化将UBI29-41共价修饰于材料表面。通过透射电镜（TEM）、比表面积分析（BET）和热重分析（TGA）完成材料表征后，使用3,3',5,5'-四甲基联苯胺（TMB）和亚甲蓝（MB）检测ROS生成能力。体外实验采用牙龈卟啉单胞菌、具核梭杆菌（Fusobacterium nucleatum）和戈登链球菌（Streptococcus gordonii）构建单/多物种生物膜模型，通过活死染色、扫描电镜（SEM）和标准平板计数评估抗菌效果。通过RNA测序（RNA-seq）和qPCR分析LuxS/AI-2通路基因表达，并利用RAW264.7巨噬细胞模型和Western blot研究NF-κB信号调控。动物实验采用大鼠牙周炎模型，通过组织学染色和免疫组化（IHC）验证治疗效果。

3.1 纳米平台的构建与表征
研究团队设计的ICG@Uio-66-UBI展现出123.5±18.6 nm的均匀粒径（动态光散射结果）和+13.6 mV的zeta电位，有利于与带负电的细菌膜结合。TEM显示UBI29-41修饰后在材料表面形成粗糙层，BET分析证实ICG负载后比表面积从1756.65 m²
/g降至1523.43 m²
/g，表明ICG成功嵌入MOF孔道。光热测试显示在1 W/cm²
808 nm激光照射下，材料温升仅3.6°C，排除了热效应主导抗菌的可能。

3.3 单物种生物膜的抑制效果
针对牙龈卟啉单胞菌的生物膜，ICG@Uio-66-UBI联合近红外照射可使菌落形成单位（CFU）降低2个数量级，显著优于单纯PDT组（p<0.0001）。活死染色显示该处理组生物膜中死菌比例达82%，而对照组仅为11%。值得注意的是，戈登链球菌因胞外多糖（EPS）中富含抗热的curdlan，对UBI29-41的敏感性低于革兰阴性菌，提示抗菌肽对不同菌种存在作用差异。

3.5 多物种生物膜的协同破坏
在包含三种病原体的混合生物膜中，ICG@Uio-66-UBI+NIR处理使细菌膜出现明显凹陷（SEM观察），CFU降低1-2个数量级。但相较于单物种生物膜，其杀菌效率有所下降，研究者认为这与具核梭杆菌作为"桥梁菌"促进微生物共聚集的生物学特性相关。

3.6 LuxS/AI-2通路的调控机制
RNA-seq分析发现ICG@Uio-66-UBI+NIR组中具核梭菌的LuxS基因表达降至对照组的21.6%，AI-2信号分子分泌量随时间延长持续降低。qPCR验证该处理使毒力因子基因（RadD、FadA、FomA、Fap2）表达下调3-5倍，表明QS通路被有效抑制。添加外源AI-2可逆转生物膜抑制效应，而QS抑制剂D-半乳糖（200 mM）则能模拟纳米平台的抗菌效果。

3.7 NF-κB炎症通路的抑制
在LPS刺激的巨噬细胞中，ICG@Uio-66-UBI使IL-6、TNF-α等炎症因子mRNA水平降低60%-75%。免疫荧光显示该处理可阻止NF-κB p65核转位，Western blot证实其通过抑制IκBα磷酸化阻断TLR4信号传导。这种抗炎作用源于UBI29-41与LPS核心寡糖的特异性结合，破坏LPS-TLR4三聚体形成。

3.8 动物模型的治疗验证
在大鼠牙周炎模型中，ICG@Uio-66-UBI+NIR组牙龈组织炎症细胞浸润减少85%，胶原降解面积缩小70%（Masson染色）。免疫组化显示该组IL-6和TNF-α表达强度仅为炎症对照组的1/3，接近健康组织水平。活体成像证实纳米平台能精准富集于感染部位，且治疗后局部ROS水平恢复正常。

这项研究开创性地将抗菌肽靶向策略与MOF基光动力疗法相结合，通过三重机制革新牙周炎治疗模式：物理破坏细菌膜结构（UBI29-41介导的膜穿孔与ROS协同作用）、化学干扰微生物通讯（LuxS/AI-2通路抑制）、生物调节宿主免疫（NF-κB炎症级联阻断）。其科学价值在于首次阐明QS系统在牙菌斑生物膜光动力治疗中的调控作用，而模块化纳米设计为其他黏膜感染性疾病的精准治疗提供了范式。临床转化前景方面，材料在40 μg/mL以下展现的良好生物安全性（细胞存活率>90%）为其后续应用奠定基础。未来研究可进一步优化肽段修饰密度，探索对口腔微生态平衡的影响，推动其从实验室向临床过渡。