蛛網(wǎng)膜下腔出血（SAH）是一種嚴(yán)重的腦卒中，常在發(fā)病早期就引發(fā)“早期腦損傷”（EBI），導(dǎo)致神經(jīng)功能障礙甚至死亡。這一過程的核心問題包括：劇烈的氧化應(yīng)激、鐵死亡（一種鐵依賴的細(xì)胞死亡）和失控的神經(jīng)炎癥，尤其是小膠質(zhì)細(xì)胞持續(xù)處于“攻擊模式”（M1型），不斷釋放有害因子，形成惡性循環(huán)。

基于此，福建醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院康德智教授、朱陽副研究員研究團隊在《Chemical Engineering Journal》雜志發(fā)表了“Neutrophil membrane-based biomimetic metal-polyphenol self-assembled nanozyme for the targeting treatment of early brain injury following subarachnoid hemorrhage”揭示了基于中性粒細(xì)胞膜的仿生金屬-多酚自組裝納米酶用于蛛網(wǎng)膜下腔出血后早期腦損傷的靶向治療。

本研究利用金屬-多酚自組裝技術(shù)構(gòu)建了一種仿生納米酶 Fe-DMY并將其包裹于中性粒細(xì)胞膜中形成 NM@Fe-DMY。該納米酶兼具過氧化氫酶和超氧化物歧化酶樣活性，能有效穿透血腦屏障，靶向蛛網(wǎng)膜下腔出血（SAH）后的神經(jīng)炎癥區(qū)域。NM@Fe-DMY通過清除活性氧、抑制脂質(zhì)過氧化、上調(diào)谷胱甘肽過氧化物酶4（GPX4），有效阻斷鐵死亡；同時促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞由促炎M1型向抗炎M2型極化，打破早期腦損傷（EBI）中的神經(jīng)炎癥惡性循環(huán)。最終顯著改善神經(jīng)功能與空間記憶，為SAH治療提供了一種高效、靶向的仿生納米酶新策略。

圖一 Fe-DMY與NM@Fe-DMY的合成

研究人員采用金屬-多酚自組裝策略，將三價鐵離子與天然黃酮類化合物二氫楊梅素（DMY）配位，成功構(gòu)建了粒徑約15 nm的納米酶Fe-DMY；其X射線光電子能譜顯示同時存在Fe3?和Fe2?，提示具有催化活性。

隨后，從大鼠外周血中分離中性粒細(xì)胞膜并將其包裹在Fe-DMY表面，形成仿生納米酶NM@Fe-DMY。透射電鏡和SDS-PAGE蛋白圖譜證實膜成功包覆，水合粒徑增至約180 nm，Zeta電位降低且在溶液中穩(wěn)定性良好。得益于中性粒細(xì)胞膜的“偽裝”，NM@Fe-DMY可穿透血腦屏障并靶向聚集于早期腦損傷的神經(jīng)炎癥區(qū)域。

功能評估顯示，該納米酶兼具過氧化氫酶和超氧化物歧化酶（SOD）樣活性：不僅能高效將過氧化氫分解為無毒氧氣，還能以濃度依賴方式清除超氧自由基，顯著緩解氧化應(yīng)激。這些結(jié)果表明，NM@Fe-DMY是一種穩(wěn)定、靶向、雙功能的仿生抗氧化納米酶，在治療腦損傷中具有廣闊應(yīng)用潛力。

圖二 NM@Fe-DMY的體外細(xì)胞干預(yù)研究

基于體外實驗發(fā)現(xiàn)NM@Fe-DMY具有顯著的細(xì)胞保護作用，作者進(jìn)一步揭示其機制與抑制鐵死亡密切相關(guān)。在蛛網(wǎng)膜下腔出血（SAH）模型的BV-2（小膠質(zhì)細(xì)胞）和HT-22（神經(jīng)元）細(xì)胞中，活性氧（ROS）水平顯著升高，線粒體膜電位崩潰，線粒體出現(xiàn)皺縮，這些都是鐵死亡的典型特征。NM@Fe-DMY處理能有效清除ROS，恢復(fù)線粒體膜電位，改善線粒體結(jié)構(gòu)并顯著抑制脂質(zhì)過氧化（通過C11-BODIPY探針從綠光向紅光的逆轉(zhuǎn)證實）。

Western blot分析顯示：NM@Fe-DMY下調(diào)促鐵死亡蛋白SPHK1、p-mTOR和ACSL4的表達(dá)，同時上調(diào)抗鐵死亡關(guān)鍵分子SLC7A11和GPX4的水平。尤其在HT-22細(xì)胞中，其對ACSL4的抑制和對GPX4/SLC7A11的激活效果優(yōu)于游離二氫楊梅素，表明中性粒細(xì)胞膜包覆不僅提升了靶向性，還增強了生物活性。

綜上，NM@Fe-DMY通過調(diào)控SPHK1/p-mTOR通路及鐵死亡核心效應(yīng)分子，有效阻斷脂質(zhì)過氧化、保護線粒體功能，從而抑制SAH誘導(dǎo)的鐵死亡，為早期腦損傷提供多維度保護。

圖三 尾靜脈注射后NM@Fe-DMY在蛛網(wǎng)膜下腔出血大鼠模型中的生物安全性與生物分布

在蛛網(wǎng)膜下腔出血（SAH）大鼠模型中，研究人員系統(tǒng)評估了NM@Fe-DMY的生物安全性與體內(nèi)分布。

首先通過大體解剖和蘇木精-伊紅染色確認(rèn)各治療組出血程度一致，確保實驗可比性。安全性結(jié)果顯示：尾靜脈注射NM@Fe-DMY后，大鼠血常規(guī)、肝腎功能等生化指標(biāo)無顯著異常；溶血率始終低于5%，表明其對紅細(xì)胞無明顯破壞；主要器官組織學(xué)檢查亦未見病理損傷，證實其良好的生物相容性。在生物分布方面，利用Cy5標(biāo)記結(jié)合小動物活體成像發(fā)現(xiàn)，與游離Cy5相比，NM@Fe-DMY在SAH大鼠腦內(nèi)熒光信號顯著增強，尤其富集于炎癥區(qū)域，體現(xiàn)出中性粒細(xì)胞膜介導(dǎo)的血腦屏障穿透能力和炎癥靶向性。10小時后器官分布顯示，NM@Fe-DMY在大腦中蓄積最多，同時在肝臟和腎臟也有較強信號，提示其可能經(jīng)肝腎代謝排出，有助于減少體內(nèi)蓄積和潛在毒性。

綜上，NM@Fe-DMY兼具優(yōu)異的安全性和精準(zhǔn)的腦靶向能力，為SAH后早期腦損傷的治療提供了有前景的納米策略。

圖四 NM@Fe-DMY的體內(nèi)神經(jīng)保護作用

研究人員進(jìn)一步評估了NM@Fe-DMY對SAH大鼠生存預(yù)后和神經(jīng)功能的改善作用。Kaplan-Meier生存分析顯示，NM@Fe-DMY治療顯著降低72小時內(nèi)的死亡率，尤其在實驗早期效果更為明顯。神經(jīng)功能評估采用Garcia評分，結(jié)果顯示：與PBS組和游離二氫楊梅素組相比，NM@Fe-DMY組在48小時和72小時的評分均顯著提高，提示其能有效促進(jìn)神經(jīng)功能恢復(fù)。

在Morris水迷宮測試（）中，排除5只嚴(yán)重偏癱大鼠后，其余動物均能學(xué)習(xí)尋找平臺。盡管所有組別都表現(xiàn)出一定學(xué)習(xí)能力，但PBS組從第2天起即出現(xiàn)明顯空間學(xué)習(xí)障礙并在第5天持續(xù)惡化。相比之下，NM@Fe-DMY組在第5天的逃避潛伏期和游泳距離均顯著優(yōu)于PBS組和游離二氫楊梅素組。學(xué)習(xí)改善百分比分析進(jìn)一步表明，NM@Fe-DMY組在第5天提升最為顯著，而游離二氫楊梅素組無明顯改善。在后續(xù)工作記憶測試（第6–8天）中，僅假手術(shù)組表現(xiàn)出顯著時間節(jié)省，各治療組間差異不顯著。

綜合來看，NM@Fe-DMY在SAH后第5天對空間記憶具有明確的改善作用，這很可能源于其通過靶向遞送、抗氧化、抗鐵死亡和抗炎等多重機制對EBI的綜合干預(yù)，從而為神經(jīng)功能和認(rèn)知恢復(fù)奠定基礎(chǔ)。

總結(jié)

本研究開發(fā)了一種中性粒細(xì)胞膜包裹的仿生納米酶 NM@Fe-DMY可靶向穿越血腦屏障，在蛛網(wǎng)膜下腔出血后有效清除活性氧、抑制鐵死亡、調(diào)控小膠質(zhì)細(xì)胞極化，顯著減輕神經(jīng)炎癥，改善生存率、神經(jīng)功能和認(rèn)知，為早期腦損傷治療提供了安全高效的納米醫(yī)學(xué)新策略。

文章來源：

https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.155643

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