金属-酚醛网络包封的GOx-HPB杂化纳米酶用于糖尿病伤口中引导性葡萄糖转化与抗氧化级联疗法

《Biomaterials Advances》：Metal-phenolic network-encapsulated GOx-HPB hybrid nanozyme for guided glucose conversion and antioxidant cascade therapy in diabetic wounds

　　

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  EGCG-GOx@HPB 整合了葡萄糖消耗、活性氧清除和氧循环，用于糖尿病创面修复。
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  中空普鲁士蓝纳米颗粒作为GOx的负载宿主和CAT/SOD样催化中心。
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  基于EGCG的金属-酚醛网络提高了酶的保留率并抑制了·OH相关的副反应。

引言

糖尿病创面是慢性难治性病变，伴有较高的感染和截肢风险 [1], [2]。最近的抗菌方法包括光活化姜黄素衍生纳米复合物与抗生素联合使用，以靶向浮游细菌和生物膜 [3]。其愈合延迟不仅由持续性高血糖驱动，还由局部创面微环境中过量的活性氧（ROS）驱动 [4], [5], [6]。持续的高血糖破坏成纤维细胞 [7] 和免疫细胞功能，而ROS积累会放大炎症信号并损害新生血管形成、肉芽组织形成和再上皮化 [8], [9], [10]。此外，高血糖和高氧化微环境促进非酶性蛋白质糖基化及晚期糖基化终产物（AGEs）的形成，进一步加重糖尿病创面的慢性炎症。因此，有效的糖尿病创面治疗需要对葡萄糖超载、氧化应激和氧失衡进行协调调节，而不是针对单一病理因素。

葡萄糖氧化酶（GOx）催化葡萄糖氧化为葡萄糖酸和过氧化氢（H₂O₂）[11], [12]，在糖尿病创面治疗中显示出巨大潜力。局部递送GOx可原位降低葡萄糖水平，已开发出多种纳米材料用于负载GOx并将葡萄糖消耗与下游H₂O₂转化耦合 [13], [14], [15]。这些策略为糖尿病创面的血糖管理提供了有用途径。然而，GOx产生的级联反应必须精确调控。虽然在某些治疗情境下ROS生成可能是有益的，但不受控制的H₂O₂分解可能通过Fenton或类Fenton反应产生高度氧化的羟基自由基（·OH），这对慢性炎症创面的组织修复是不利的。此外，GOx催化的葡萄糖氧化消耗氧气，这种需氧量可能加剧糖尿病创面的局部缺氧。

为解决H₂O₂积累和氧气耗竭，纳米酶介导的级联催化提供了一种有前景的策略。普鲁士蓝（PB）是一种获美国食品药品监督管理局批准的临床解毒剂，具有广泛认可的生物安全性。PB纳米颗粒具有多种酶样活性，包括类过氧化氢酶（CAT）和类超氧化物歧化酶（SOD）活性，已被用于减轻氧化应激相关疾病，如动脉粥样硬化和炎症性肠病 [16], [17], [18]。对于糖尿病创面修复，将GOx介导的葡萄糖消耗与PB介导的H₂O₂分解及超氧阴离子（·O₂^?）清除耦合尤为吸引人。然而，PB的多酶活性通常伴随类过氧化物酶（POD）活性，可能在催化过程中产生·OH，从而削弱整体抗氧化效果。

表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）是一种源自绿茶的天然多酚化合物，为调控这些副反应提供了额外机会。由于其丰富的酚羟基，EGCG能有效清除多种自由基并发挥强效抗氧化作用 [19], [20]。与其他多酚类似，EGCG可与金属离子配位形成金属-酚醛网络（MPNs）。这可能保留EGCG的自由基清除能力，同时减少药物或蛋白质释放 [21], [22]。因此，将MPNs与杂化纳米酶整合提供了一种增强抗氧化性能的方法。

在此，我们构建了EGCG-GOx@HPB，一种基于中空PB的杂化纳米酶，整合了GOx负载、PB类CAT活性和EGCG衍生的MPN涂层。该系统并非简单地将GOx介导的葡萄糖转化与H₂O₂分解耦合，而是设计为引导级联反应朝向局部创面微环境中的协调葡萄糖转化、H₂O₂管理、氧循环和自由基清除（方案1）。随后我们考察了这种引导级联如何调节高血糖/高ROS创面微环境，以及它是否能改善糖尿病创面修复。

章节片段

酸蚀PB促进GOx负载并增强类CAT活性

EGCG-GOx@HPB的制备示意图如方案1所示。通过水热法合成PB，然后在高压釜中进行酸蚀以获得HPB。合成的PB在100–150 nm尺度内呈现均匀的立方形态（图S1）。TEM图像（图1A）显示原始PB具有致密结构和锐利边缘。酸蚀2小时后，颗粒外观变得钝化，并出现对比度差异

结论

总之，我们成功构建了一种具有定向级联催化能力的复合纳米酶（EGCG-GOx@HPB），专门设计用于重塑难治性糖尿病创面的病理微环境。酸蚀将PB纳米颗粒转化为中空普鲁士蓝纳米颗粒，增加了孔体积，为GOx固定提供了内部空间，同时增强了类CAT催化活性，并保留了足够的类SOD活性。封装

材料

氯化铁（FeCl₃）、(?)-表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）、葡萄糖氧化酶（GOx）购自麦克林试剂有限公司。聚乙烯吡咯烷酮（PVP）购自阿拉丁有限公司。钙黄绿素/PI细胞活力/细胞毒性检测试剂盒、JC-1线粒体膜电位检测试剂盒、2-(4-脒基苯基)-6-吲哚甲酰胺二盐酸盐（DAPI）购自碧云天有限公司。脂多糖（LPS）购自Sigma-Aldrich有限公司。Cell Counting Kit-8（CCK-8）购自

CRediT作者贡献声明

Ruichen Dong： 写作——初稿，调查。 Wei Liu： 调查。 Jiayan Luo： 调查。 Xinlei Yang： 调查。 Yinhong Xie： 数据管理。 Wenhao Chen： 调查。 Qiong Hu： 调查。 Yajun Weng： 写作——审阅与编辑，监督，概念化。

利益冲突声明

作者声明无利益冲突。

致谢

本工作得到国家自然科学基金（32371382 和 31971256）的资助。此外，作者还感谢西南交通大学分析测试中心提供的分析仪器支持。

Ruichen Dong|Wei Liu|Jiayan Luo|Xinlei Yang|Yinhong Xie|Wenhao Chen|Qiong Hu|Yajun Weng