《Biomaterials Advances》：Bioactive 10-nm graphene oxide modulates AhR-associated keratinocyte signaling and attenuates atopic dermatitis-like inflammation
编辑推荐：
•10纳米纳米级氧化石墨烯（NGO）在不负载药物的情况下显示出生物活性。•NGO参与AhR相关信号通路，并伴随NRF2相关的抗氧化反应。•NGO降低特定炎症介质和细胞内活性氧水平。•NGO支持角质形成细胞中丝聚蛋白和兜甲蛋白的基因表达。•局部应用NGO可减轻小鼠特应性皮炎样炎症。
- •
10纳米纳米级氧化石墨烯（NGO）在不负载药物的情况下显示出生物活性。
- •
NGO参与AhR相关信号通路，并伴随NRF2相关的抗氧化反应。
- •
NGO降低特定炎症介质和细胞内活性氧水平。
- •
NGO支持角质形成细胞中丝聚蛋白和兜甲蛋白的基因表达。
- •
局部应用NGO可减轻小鼠特应性皮炎样炎症。
引言
特应性皮炎（AD）是一种慢性、复发性炎症性皮肤病，以瘙痒、免疫失调、氧化应激和表皮屏障功能受损为特征[1]。角质形成细胞是AD发病机制中的核心参与者，因为它们构成表皮屏障并产生细胞因子、趋化因子和应激相关介质，从而放大皮肤炎症[2]。炎症刺激角质形成细胞会诱导胸腺基质淋巴细胞生成素（TSLP）、CCL26、IL-6和IL-8等介质的产生，同时降低丝聚蛋白和兜甲蛋白等屏障相关蛋白的表达[1], [2]。因此，能够调节角质形成细胞炎症、氧化和屏障相关反应的生物材料可能为调节炎症性皮肤环境提供有用的平台。
芳香烃受体（AhR）已成为表皮生物学和炎症性皮肤病的重要调节因子。AhR是一种配体响应型转录因子，可调节CYP1A1等外源物响应基因，并参与表皮分化、免疫调节、氧化应激反应和屏障相关基因表达。同时，核因子红细胞2相关因子2（NRF2）协调抗氧化和细胞保护程序。在人角质形成细胞中，AhR敲低可阻止酮康唑诱导的NRF2活化，而敲低AhR或NRF2均可消除酮康唑介导的活性氧和IL-8产生抑制[3]。这些发现支持角质形成细胞保护中AhR-NRF2的功能性联系。AhR信号通路还通过OVOL1通路参与丝聚蛋白的调控[4]。这一以AhR-NRF2为中心的框架被认为与AD的治疗相关，局部AhR激动剂本维莫德的临床研究进一步支持AhR信号通路作为疾病相关通路[5], [6], [7]。
氧化石墨烯（GO）因其高比表面积、水分散性、含氧官能团以及与治疗性载荷或生物基质结合的能力，在生物医学系统中被广泛研究[8], [9], [10], [11]。在许多基于GO的系统中，GO主要被视为用于载荷结合、包覆或复合物形成的材料平台[8]。然而，这种以材料为中心的使用方式并不能完全确定GO本身是否可以作为生物活性生物材料界面发挥作用。取决于横向尺寸、氧化状态、表面化学和分散行为[8], [9], [10], [11]，GO可以影响细胞相互作用、氧化应激反应、免疫信号传导和炎症介质产生[12]。因此，纳米级GO可能提供一种基于材料的策略，在不额外负载药物的情况下调节细胞反应。
越来越多的证据表明，GO和纳米级GO可以在特定情境下发挥免疫调节和抗炎作用。小尺寸薄层GO抑制巨噬细胞中的炎症反应，并伴随代谢重编程和NRF2调控基因表达的改变[12]。GO还可减轻组织修复中的炎症并调节巨噬细胞极化，在脓毒症中使iNKT细胞向TGF-β产生方向极化，并在局部应用后改善急性皮肤炎症[13], [14], [15]。这些发现表明，基于GO的材料可以作为具有生物活性的免疫调节界面发挥作用。然而，纳米级GO如何调节以角质形成细胞为中心的炎症性皮肤反应仍不完全清楚。
这一机制空白促使我们考虑将AhR信号通路作为连接纳米级GO与角质形成细胞调节的候选通路。已有报道称石墨烯族纳米材料在非皮肤系统中与AhR/CYP1A相关反应有交集，包括斑马鱼、水生细胞和微生物组-免疫相互作用模型[16], [17], [18]。具体而言，GO与丁酸盐联合可诱导无菌斑马鱼幼鱼中cyp1a的表达，而在ahr2缺陷型幼鱼中这一诱导现象消失[18]。这些研究并未确定GO是角质形成细胞中的直接AhR配体，但支持进一步研究石墨烯族纳米材料是否能在皮肤相关情境中参与AhR相关信号通路。
在此，我们研究了具有明确物理化学特性的10纳米纳米级氧化石墨烯（NGO）是否可以作为独立的生物活性碳纳米材料，在材料工程与炎症性皮肤生物学的交叉领域发挥作用。我们不以NGO作为载体或复合材料组分，而是关注其与角质形成细胞的相互作用及其调节上皮炎症、氧化应激和屏障相关反应的能力。基于GO族材料已报道的抗炎活性、石墨烯基材料与AhR/CYP1A相关反应之间的联系，以及AhR-NRF2信号通路在皮肤生物学中的相关性，我们检测了角质形成细胞中AhR相关信号通路以及NRF2相关的抗氧化反应。我们报告指出，10纳米NGO参与AhR相关信号通路并伴随NRF2相关的细胞保护反应，减弱特定炎症介质的产生，并支持角质形成细胞中屏障相关基因的表达。我们进一步观察到，局部应用NGO在2,4-二硝基氯苯（DNCB）诱导的小鼠模型中减轻了AD样炎症。
章节片段
10纳米纳米级氧化石墨烯的合成与物理化学表征
10纳米纳米级氧化石墨烯（NGO；INBCT有限公司，韩国华城）采用改进的Taylor–Couette流法合成，该反应器构型此前已应用于氧化石墨烯的生产[19]。在进行物理化学表征之前，将NGO分散在去离子水中并短暂超声处理以获得均匀悬浮液。使用Cs校正的透射电子显微镜（TEM）检查NGO的形貌、横向尺寸和层状结构
10纳米NGO的物理化学表征及角质形成细胞相容性
为确定纳米级氧化石墨烯（NGO）的材料特性，我们使用互补的分析方法表征了其形貌、尺寸分布、结构特征、电动行为和化学组成。TEM图像显示纳米级片状形貌，横向尺寸主要分布在10纳米范围（图1A）。进一步的TEM分析显示薄层少层纳米片，在选定区域观察到约两层石墨烯层，与
讨论
本研究确定10纳米纳米级氧化石墨烯（NGO）为一种独立的生物活性碳纳米材料，能够调节与炎症性皮肤病相关的角质形成细胞反应。已有研究报道了GO族材料在巨噬细胞、组织修复、iNKT细胞介导的炎症和急性皮肤炎症中的免疫调节或抗炎作用[12], [13], [14], [15]。通过研究一种物理化学特性明确且未外源负载治疗药物的NGO，
结论
本研究确定物理化学特性明确的10纳米纳米级氧化石墨烯（NGO）为一种独立的生物活性碳纳米材料，可调节与炎症性皮肤病相关的角质形成细胞反应。在测试的角质形成细胞模型中，NGO参与AhR相关信号通路并伴随NRF2相关的细胞保护反应，减弱特定炎症介质，降低细胞内ROS积累，并支持屏障相关基因表达。局部应用NGO还可减轻
资助
本研究由韩国再生医学基金（KFRM）资助，该基金由韩国政府（科学技术信息通信部和保健福祉部）提供（23A0101L1），并部分得到首尔国立大学兽医学研究所的支持。
CRediT作者贡献声明
Sung-Ae Cha：写作 – 审阅与编辑，写作 – 原稿，可视化，方法学，调查，正式分析，数据管理，概念化。 Nari Shin：方法学，数据管理。 Jaechul Ryu：资源，方法学。 Kyung-Sun Kang：监督，资源，项目管理，概念化。
利益冲突声明
作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：J. Ryu隶属于INBCT有限公司，该公司合成本研究中使用的纳米级氧化石墨烯，并提供与NGO合成相关的技术咨询。作者声明没有其他已知的可能影响本论文所报告工作的竞争性财务利益或个人关系。
致谢
作者感谢首尔国立大学国家校际研究设施中心提供的仪器使用和纳米材料表征技术援助。作者还感谢INBCT有限公司融合技术研究所对NGO合成和技术咨询的机构支持。本研究由韩国政府（
Sung-Ae Cha|Nari Shin|Jaechul Ryu|Kyung-Sun Kang
