仿生二氧化硅纳米清除剂PEI-arg@MON@BA通过多靶点清除策略治疗肝缺血再灌注损伤的临床前研究

本研究针对肝移植中不可避免的缺血再灌注损伤(IRI)，设计了一种仿生二氧化硅纳米清除剂PEI-arg@MON@BA，通过协同清除cfDNA、ROS、Ca2+和补充NO，显著改善大鼠模型及临床样本中的肝损伤、氧化应激和炎症级联反应。该研究为多靶点纳米药物治疗器官移植并发症提供了新范式。

　　

肝缺血再灌注损伤(IRI)是肝移植和部分肝切除术后常见的严重并发症，涉及细胞内钙超载、氧化应激、炎症网络和微循环障碍等多重病理机制。尽管已有诸多研究尝试通过缺血预处理或药物干预缓解IRI，但由于单一靶点策略的局限性和药物递送效率低下，目前尚无临床有效疗法。这一临床困境呼唤着能同时干预多重致病因素的新型治疗手段。

中国医科大学的研究团队在《Nature Communications》发表了一项突破性研究，开发出仿生二氧化硅纳米颗粒清除剂PEI-arg@MON@BA。该纳米系统通过仿生硅化程序将DNA结合聚乙烯亚胺(PEI)、四硫键桥联介孔有机硅纳米粒(MON)、钙螯合剂BAPTA-AM和一氧化氮底物L-精氨酸(arg)协同组装，实现了对cfDNA（静电作用）、ROS（氧化还原反应）、Ca²⁺（络合作用）的同步清除及NO供给（生物转化）。研究采用分子动力学模拟验证相互作用机制，通过大鼠IRI模型和肝移植模型验证疗效，并利用临床样本证实其转化潜力。

关键技术包括：(1)仿生硅化构建多功能纳米颗粒；(2)分子动力学模拟分析清除剂-致病因子相互作用；(3)大鼠70%肝缺血再灌注模型建立；(4)原位肝移植双套管法模型；(5)临床肝移植患者样本分析（n=20）；(6)转录组测序解析TLR9-MyD88-NF-κB通路；(7)多色免疫荧光示踪纳米颗粒分布。

研究结果

临床样本验证IRI关键机制

通过对肝移植患者标本的分组分析（正常、缺血2h、缺血6h、再灌注），发现随着缺血时间延长，组织出现炎性细胞浸润和肝细胞坏死。血清检测显示ALT、AST、TBIL及cfDNA水平显著升高，证实cfDNA-TLR9信号是潜在治疗靶点。

纳米清除剂的设计与表征

PEI-arg@MON@BA通过低温诱导结晶形成20-30nm的纳米片结构，元素分布显示Si(18.1%)、O(38.2%)、C(38.0%)均匀分布。FTIR证实四硫键(v-C-S,1075.7cm^-1)和精氨酸羧酸根(1558.2cm^-1)特征峰。在氧化环境中，四硫键转化为磺酰基(v-S=O,1347.6cm^-1)，增强亲水性并促进降解。

体外清除效能验证

分子动力学模拟显示纳米颗粒与核苷酸（结合能-66.5kcal/mol）、CaCl₂（-89.3kcal/mol）和H₂O₂（-28.4kcal/mol）的强相互作用。实验证实其可清除90%cfDNA、78%Ca²⁺，并在H₂O₂存在下持续释放NO。EPR检测显示对·OH和·O₂^-的清除率分别达64%和71%。

细胞保护作用

在LPS刺激的RAW264.7和THP-1细胞中，PEI-arg@MON@BA使存活率从51.3%提升至83.6%，同时降低ROS荧光强度67%，增加NO信号2.3倍。患者血清刺激实验显示其将细胞凋亡率从38.7%降至12.4%。

肝脏靶向与体内疗效

纳米颗粒通过被动靶向在肝脏富集（24h蓄积量达5.77×10¹¹ph/s）。在大鼠IRI模型中，治疗组SUZUKI评分从7.8降至0.3，ALT从1121.5U/L恢复至正常水平。免疫荧光显示TLR9、MyD88、NF-κB p65表达显著抑制，同时M2型巨噬细胞比例增加40%。

临床转化潜力

人缺血肝脏灌注实验显示，PEI-arg@MON@BA灌注3h后，组织ROS和凋亡信号减少80%，灌注液中cfDNA和TNF-α水平下降65%。大鼠肝移植模型证实其可降低术后ALT(1236→78U/L)和IL-6(156→23pg/mL)。

结论与意义

该研究创新性地通过"清除-供给"双模式纳米平台，同步干预IRI四大病理环节：①四硫键清除ROS阻断氧化损伤；②PEI捕获cfDNA抑制TLR9-MyD88-NF-κB炎症通路；③BAPTA-AM螯合Ca²⁺减轻钙超载；④精氨酸代谢维持NO微循环稳态。转录组分析揭示其通过HIF-1、MAPK等多通路发挥作用。相较于传统单靶点策略，这种仿生纳米清除剂具有制备简单、生物相容性好、临床转化路线明确等优势，为器官移植并发症的防治提供了新思路。