钾掺杂氮碳纳米酶通过抑制ALOX12介导的脂质过氧化修复缺氧缺血性脑损伤

推荐：研究人员针对缺氧缺血性脑损伤(HIBD)后活性氧(ROS)激增导致的神经损伤问题，开发了一种钾掺杂氮碳基纳米酶(KNC)。该研究证实KNC具有CAT-like和SOD-like双重抗氧化活性，能通过直接结合并抑制ALOX12来阻断脂质过氧化级联反应，显著减轻神经炎症并恢复认知功能，为HIBD治疗提供了新策略。

　　

缺氧缺血性脑损伤(HIBD)是新生儿围产期窒息导致脑部供氧不足引发的严重神经系统疾病，其核心病理机制是缺血再灌注后爆发的活性氧(ROS)风暴。这种氧化应激会触发小胶质细胞M1型极化，释放白细胞介素-1β(IL-1β)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)等促炎因子，形成神经炎症与氧化损伤的恶性循环。虽然低温疗法等现有手段能部分缓解症状，但针对ROS级联反应的特异性干预策略仍显不足。更棘手的是，脂质过氧化产物如12-羟基二十碳四烯酸(12-HETE)会通过正反馈循环加剧炎症，而传统抗氧化剂存在稳定性差、血脑屏障穿透率低等缺陷。针对这一临床难题，上海交通大学医学院附属同仁医院的Xiaohua Dong、Dongya Jiang、Shuhan Chen等研究人员在《Bioactive Materials》发表创新成果，开发出具有双重抗氧化活性的钾掺杂氮碳纳米酶(KNC)，通过多机制协同作用实现神经保护。

研究团队采用高温热解法合成KNC纳米酶，通过透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)等表征确认其结构特征。采用改良Rice-Vannucci法建立新生大鼠HIBD模型，通过免疫荧光、Western blot等技术分析神经炎症指标，结合Morris水迷宫(MWM)和Y迷宫评估认知功能。关键实验还包括RNA测序(RNA-seq)筛选差异基因，以及细胞热转移分析(CETSA)验证靶点互作。

材料表征与ROS清除特性

KNC呈现200-500 nm的无定形结构，钾元素均匀分布在碳氮基质中。相比未掺杂的NC材料，KNC的过氧化氢酶(CAT-like)活性提升至95.38%，超氧化物歧化酶(SOD-like)活性达75.54%。在pH 2-10和高温条件下仍保持稳定活性，其米氏常数(K_m)为8.10 mM，显示适中的底物亲和力。斑马鱼胚胎实验证实8 ng/mL浓度下无发育毒性。

抑制小胶质细胞M1极化

在脂多糖(LPS)刺激的BV2小胶质细胞中，KNC剂量依赖性地降低ROS水平（8 ng/mL组降低82.6%），同时减少诱导型一氧化氮合酶(iNOS)⁺ M1型细胞比例。JC-1染色显示KNC能恢复线粒体膜电位(MMP)，ATP产量提升3.1倍。将KNC处理的BV2条件培养基作用于星形胶质细胞后，补体C3表达下降67%，表明阻断了促炎性A1型转化。

减轻HIBD大鼠脑损伤

TTC染色显示8 ng/mL KNC治疗使脑梗死面积减少91%。海马CA1区神经元密度从HIBD组的412±38 cells/mm²恢复至782±45 cells/mm²。免疫荧光显示皮层IBA1⁺CD86⁺ M1型小胶质细胞减少76%，GFAP⁺星形胶质细胞活化降低68%。

认知功能恢复与机制解析

Morris水迷宫测试中，KNC治疗组第5天逃避潜伏期缩短至28.7秒（HIBD组为52.3秒）。RNA-seq揭示KNC显著下调花生四烯酸代谢通路，ALOX12 mRNA表达降低4.2倍。CETSA证实KNC直接结合ALOX12蛋白，使其热稳定性提高9.3°C。使用12-HETE处理后，KNC的脂质过氧化抑制效应被逆转，BODIPY荧光强度回升至LPS组的85%。

这项研究创新性地揭示了KNC的双重神经保护机制：一方面通过N-C活性位点高效清除H₂O₂和O₂·^-；另一方面靶向抑制ALOX12阻断12-HETE生成，从而截断脂质过氧化-炎症的正反馈循环。值得注意的是，虽然KNC可释放钾离子(K⁺)，但ICP-MS检测显示14天累计释放量仅16.9 ng/L，远低于抑制NLRP3炎症体所需的14.9 mg/L阈值，证明其抗炎作用主要依赖ALOX12调控而非K⁺稳态调节。该研究为开发金属-free纳米酶提供了新思路，其优异的血脑屏障穿透性和环境稳定性，使得KNC在新生儿HIBD及其他神经退行性疾病的治疗中具有重要转化价值。