受生物启发的血小板膜包裹的ROS响应型纳米酶，可通过免疫调节和抑制铁死亡实现急性肾损伤的协同治疗

《Journal of Controlled Release》：Bioinspired platelet membrane-cloaked ROS-responsive nanozymes enable synergistic therapy of acute kidney injury via immunomodulation and ferroptosis suppression

　　

摘要

急性肾损伤是一种常见的临床综合征，其发病率高、死亡率大，还会给医疗系统带来沉重负担。氧化应激、炎症反应以及铁死亡是导致急性肾损伤的关键因素，而目前的药物治疗方法因效果不佳且存在全身性副作用而受到限制。一种高效精准、能够靶向肾脏并同时释放多种治疗成分的递送系统有望解决这些难题。在此，我们介绍了一种由血小板膜包裹、对活性氧具有响应性的纳米酶（BAPCs@PM），可用于协同治疗急性肾损伤。超小的二氧化铈纳米点（约3纳米）在多巴胺聚合物核心的外层通过原位矿化形成，而疏水性的黄芩素则被负载到介孔结构中，从而形成一种稳定且分布均匀的多功能复合纳米酶。血小板膜包裹使得该纳米酶能够靶向肾脏、避开免疫系统攻击，并在体内长时间循环。BAPCs@PM能够在活性氧作用下释放二氧化铈纳米点，同时持续释放黄芩素到受损部位，从而增强局部抗氧化、抗炎及抗铁死亡作用。在顺铂诱导的急性肾损伤模型中，BAPCs@PM显著降低了肾损伤分子-1的表达水平，抑制了裂解型caspase-3的激活和细胞凋亡，增强了线粒体保护作用，调节了巨噬细胞的极化状态，减少了促炎细胞因子的产生，调控了铁平衡，恢复了谷胱甘肽过氧化物酶4的表达，减轻了铁死亡和脂质过氧化现象，最终改善了肾功能。由于体积极小，这些二氧化铈纳米点能够高效地聚集在肾脏中并快速排出，且全身毒性较低。本研究通过结合超小型纳米酶、天然生物活性分子以及仿生膜技术，为急性肾损伤的治疗提供了一种创新的仿生响应式疗法。

引言

急性肾损伤的临床表现表现为肾功能迅速下降，通常通过血清肌酐水平升高和/或尿量减少来诊断。多种细胞毒性化疗药物，如顺铂，会打破氧化应激与抗氧化防御系统之间的平衡，直接损害近端肾小管上皮细胞，进而引发间质炎症并加速肾功能恶化[1]、[2]。尽管常规的抗氧化剂和抗炎药在临床中被广泛使用，但其整体疗效仍不理想[2]、[3]。急性肾损伤的病理生理过程与氧化应激引发的炎症密切相关。在有害刺激作用下，肾小管上皮细胞会不断产生活性氧，这些活性氧不仅会吸引免疫细胞并加剧炎症，还会通过氧化线粒体导致线粒体膜电位下降，最终引发细胞凋亡[4]、[5]。与此同时，活性氧还会促进脂质过氧化，并催化铁依赖性的芬顿反应，引发铁死亡，进一步加重组织损伤[6]、[7]。因此，开发出高效能的纳米药物，既能调节细胞内的活性氧和铁平衡，又具有低毒性且能优先在肾脏中积累，是预防和治疗急性肾损伤的关键策略。

在生物医学应用中，纳米酶因其能够清除活性氧而成为备受关注的载体。常见的纳米酶类型包括普鲁士蓝纳米酶、多酚金属有机框架、锰基纳米粒子、二氧化铈纳米粒子、碳点以及贵金属纳米酶[8]、[9]、[10]、[11]、[12]、[13]、[14]、[15]、[16]。其中，二氧化铈纳米粒子尤为值得关注，因为其表面上的氧交换作用以及Ce⁴⁺与Ce³⁺之间的可逆氧化还原循环，使其具备强大的自由基清除能力以及多酶模拟功能[10]。吴等人合成了三种不同尺寸（46纳米、81纳米和118纳米）的二氧化铈纳米粒子，用于保护肾脏免受缺血再灌注损伤和肾纤维化的影响[17]。这类纳米粒子不仅能降低氧化应激，还能减轻缺血再灌注损伤引发的炎症反应。此外，尺寸小于肾小球滤过阈值的超小纳米粒子可以轻易穿过肾小球滤过屏障进入肾小管，从而为靶向极易发生急性肾损伤的肾小管提供一条直接途径[2]、[18]。然而，超小的二氧化铈纳米粒子容易聚集，胶体稳定性较差。而且它们缺乏载药能力，分布也不具有针对性，这就需要更高的剂量或更频繁的给药，可能会带来毒性副作用，限制其在急性肾损伤治疗中的应用[19]。最近，单宁酸与铈的复合物（26纳米）在急性肾损伤治疗中展现出良好前景[20]。不过，金属-多酚复合物在控制粒子大小、维持胶体稳定性方面仍面临诸多挑战，同时还缺乏对铁离子的调控能力以及主动靶向和滞留功能。在此背景下，设计出兼具生物相容性的复合纳米酶，既能稳定并输送小于肾小球滤过阈值的超小二氧化铈纳米粒子，又能螯合易变的铁离子，并实现优先在肾脏中积累，这样就可以持续催化清除活性氧，同时减少剂量和副作用。

黄芩素是传统中药黄芩（学名：Scutellaria baicalensis Georgi）中最重要的生物活性黄酮类成分，在中国被称为“黄芩”。研究表明，黄芩素具有多种生物学特性，包括抗氧化、抗炎、抗菌等作用[21]。更为重要的是，黄芩素具有很强的金属螯合能力，有望抑制铁死亡[22]。遗憾的是，其在生理pH值下的溶解度较差，而且使用有机溶剂时还可能引发溶血现象，这些都限制了其治疗效果，也阻碍了其在临床上的应用[23]、[24]、[25]、[26]。

带有膜包层的纳米粒子具有核壳结构，其中内核可由合成纳米粒子构成，以便载药并实现持续释放，而外层的细胞膜则保留了天然膜的功能，提升了生物相容性，减少了巨噬细胞的吞噬，甚至还能通过表面的相关蛋白实现主动靶向作用[27]、[28]、[29]。为了提高对受损肾组织的靶向性，采用仿生血小板膜进行包裹是一种很有前景的策略。带有血小板膜包裹的纳米粒子由于其表面存在P选择素黏附分子，因而具备主动靶向炎症病灶的能力。P选择素能够特异性地结合到炎症部位活化且受损的内皮细胞上过度表达的PSGL-1上，从而促使纳米粒子在病灶处积聚[30]、[31]、[32]。与此同时，多巴胺聚合物纳米粒子由于其尺寸和形态可调控、易于大规模合成，且具有适合载药的介孔结构，因此可作为多功能药物递送载体[13]、[33]。此外，多巴胺聚合物还可以作为原位成核支架，促使超小的金属氧化物纳米点在其表面生长[34]。利用这些特性，可以在多巴胺聚合物纳米粒子的外表面合成单分散的超细二氧化铈纳米点，而其介孔结构则可同时负载黄芩素等疏水性药物，从而形成一种多功能复合纳米酶。据我们所知，目前尚无研究提出这样的设计：即首先让双尺度初级纳米酶在肾病灶处聚集，然后根据局部活性氧的水平逐步释放出尺寸小于5纳米的二级纳米酶，从而实现对急性肾损伤的时空协调、多靶点治疗。

在此，我们旨在设计一种带有血小板膜包裹、对活性氧具有响应性的特洛伊木马型平台（BAPCs@PM），通过清除过多的内源性活性氧、抑制铁死亡、保护线粒体以及重塑炎症微环境，实现对急性肾损伤的全面综合治疗（图1A）。血小板膜包裹使得该纳米酶具备主动靶向受损肾脏的能力，同时还能帮助其避开免疫系统的攻击，并在体内长时间留存（图1B）。这种复合纳米酶不仅提升了约3纳米大小的二氧化铈纳米点的分散性和稳定性，还能在活性氧作用下释放二氧化铈纳米点，同时在病变部位持续释放黄芩素。一方面，具有广谱活性氧清除能力的超小二氧化铈纳米点能够有效抵御活性氧造成的损伤；另一方面，被包裹在纳米酶内的黄芩素则是一种出色的铁螯合剂，能够螯合多余的铁元素，发挥抗氧化和抗炎作用。此外，黄芩素在肾脏中的高效积累、优异的分散性以及多种药理作用相互配合，可减少所需二氧化铈的用量，降低其在体内的全身毒性。总体而言，本研究提出了一种具有良好前景的活性氧响应型特洛伊木马纳米疗法，能够实现急性肾损伤及相关肾脏疾病的精准协同治疗（图1C）。

章节节选

材料

顺铂、盐酸多巴胺、脂多糖以及TMB均购自中国上海的Aladdin公司。Tris购自中国大连的Meilun公司。黄芩素、NAC、MB以及DPPH由中国上海的Macklin公司提供。Pluronic F-127购自中国上海的BASF公司。ABTS由中国福州的Phygene公司提供。胎牛血清购自美国纽约的Gibco公司，而DMEM则来自中国江苏的KeygenBioTECH公司。ICG由中国上海的Meryer公司提供。钙黄绿素-AM和PI检测试剂

BAPCs@PM的构建及其物理化学性质分析

这种仿生结构的BAPCs@PM纳米酶是通过四步策略构建而成的（图2A）。首先，研究人员合成了具有活性氧响应特性的可生物降解的介孔多巴胺聚合物核心，用作超细二氧化铈纳米点及活性药物的载体。所得到的多巴胺聚合物核心呈单分散状，几乎为球形，平均直径为168.4±1.8纳米（见图2B和K），这一尺寸非常适合后续的细胞膜包裹操作。随后，超细二氧化铈纳米点在多巴胺聚合物核心表面通过原位方式生成

结论

综上所述，我们开发了一种多功能、基于生物启发的纳米治疗平台（BAPCs@PM），用于全面治疗急性肾损伤。我们没有直接使用纯二氧化铈纳米粒子或金属-酚类纳米粒子，而是采用了可生物降解的多巴胺聚合物纳米粒子，使其表面能够原位形成约3纳米大小的二氧化铈纳米点，而其介孔结构则可作为黄芩素载药及实现持续释放的储库。由此产生的BAPCs平台使得二氧化铈纳米点能够高度均匀地分布在纳米酶中，同时

作者贡献说明

王东静：负责原文撰写——初稿撰写、方法学研究、数据整理。 李晓楠：负责项目管理、方法学研究、资金申请工作。 魏坤鹏：负责软件应用、方法学研究。 王苏燕：负责方法学研究。 左文：负责方法学研究、资金申请工作。 徐泽：负责方法学研究。 李晨：负责验证工作、资源协调、方法学研究。 王辉：负责原文撰写——审阅与编辑、验证工作、概念设计。 周学艳：负责方法学研究、概念设计。 张彦卓：负责原文撰写——审阅与编辑、实验指导、资金申请工作。

利益冲突声明

所有作者均声明不存在任何利益冲突。

致谢

本项研究得到了以下机构的财政支持：中国博士后科学基金会（编号：2025M773539、GZC20252356），江苏省自然科学基金（编号：BK20251039），江苏省中医药科学技术发展计划（编号：MS2023076），徐州市科技计划项目（编号：KC23198），南京中医药大学自然科学基金项目（编号：XZR2024344），以及江苏省创新人才培养计划。

Dongjing Wang|Xiaonan Li|Kunpeng Wei|Suyan Wang|Wen Zuo|Ze Xu|Chen Li|Hui Wang|Xueyan Zhou|Yanzhuo Zhang

中国江苏省徐州市221004，徐州医科大学药学院