張?zhí)煊?馬競/涂召旭團隊開發(fā)多功能納米片，治療膿毒癥中炎癥相關(guān)凝血病
膿毒癥（Sepsis）是宿主對創(chuàng)傷和微生物感染的全身炎癥反應(yīng)功能障礙導致的危及生命的器官功能障礙。由于膿毒癥發(fā)病機制的復雜性和患者病情的異質(zhì)性，盡管對膿毒癥治療取得了進展，但膿毒癥患者的病死率仍然較高。據(jù)統(tǒng)計，全世界每年約有4890萬人受到膿毒癥影響，其中估計有1100萬人死亡，占全球年度總死亡人數(shù)的近20%。
由膿毒癥引起的死亡可能與過度的炎癥反應(yīng)、與炎癥相關(guān)的凝血障礙、彌漫性血管內(nèi)凝血（DIC）、微生物感染以及隨后的多器官功能衰竭有關(guān)。根據(jù)當前治療指南，抗生素和液體支持治療對于管理膿毒癥至關(guān)重要，但我們尚未找到真正有效的針對膿毒癥引起的凝血障礙和DIC的治療方法。
2024年5月2日，復旦大學附屬眼耳鼻喉科醫(yī)院張?zhí)煊?、馬競及中山大學附屬第六醫(yī)院涂召旭等在 Advanced Functional Materials 期刊發(fā)表了題為：Modulation of Unregulated Inflammation-Associated Coagulopathy in Sepsis Using Multifunctional Nanosheets 的研究論文。
該研究開發(fā)了一種多功能納米片——BP-G1AMP，在膿毒癥小鼠模型中，BP-G1AMP顯著抑制了細菌生長，改善全身炎癥反應(yīng)、凝血功能障礙和彌漫性血管內(nèi)凝血（DIC），從而提高膿毒癥小鼠存活率。該研究提出了一種制備多功能納米片的新策略，該納米片可改善膿毒癥治療期間的炎癥相關(guān)凝血，揭示了二維納米結(jié)構(gòu)在構(gòu)建多價抗菌和抗凝納米平臺中的重要性。
近年來研究發(fā)現(xiàn)，膿毒癥進展過程中釋放到循環(huán)中的中性粒細胞胞外陷阱（NET）和游離DNA（cfDNA）作為一類重要的損傷相關(guān)分子模式（DAMP），可誘導模式識別受體（PRR）激活，引發(fā)炎癥反應(yīng)和細胞因子風暴，終導致多器官功能衰竭和死亡。
NET是DNA、組蛋白和捕獲并殺死病原體的抗菌蛋白的復合物。在膿毒癥中，白細胞（主要是粒細胞）是循環(huán)cfDNA的主要來源。血漿cfDNA可以通過誘導NET的形成來促進中性粒細胞的NETosis（中性粒細胞的炎性細胞死亡方式），尤其是在損傷部位。此外，cfDNA水平已被確定為膿毒癥患者疾病嚴重程度的可靠預測因素。
凝血功能障礙是膿毒癥的另一種常見嚴重并發(fā)癥，在與系統(tǒng)性血管內(nèi)炎癥相結(jié)合時，它在多器官功能障礙綜合征和隨后的死亡中也發(fā)揮了關(guān)鍵作用。雖然膿毒癥患者的凝血激活過程復雜，但越來越多的證據(jù)表明，進入血液的循環(huán)NET和cfDNA在凝血障礙（尤其是DIC）的發(fā)病機制中發(fā)揮關(guān)鍵作用。循環(huán)NET和cfDNA通過多種途徑誘導凝血，主要包括與von Willebrand因子（vWF）釋放和組織因子表達相關(guān)的途徑，以FXII和FXI依賴的方式在體內(nèi)作為“天然屏障”，通過凝血的固有途徑產(chǎn)生凝血酶。凝血酶生成構(gòu)成凝血級聯(lián)反應(yīng)的限速步驟，并作為一種強大的促炎介質(zhì)發(fā)揮作用。雖然膿毒癥中的局部血栓被認為是對抗病原體的抗菌基質(zhì)，但它被特別稱為“免疫血栓”。然而，由過度的凝血酶生成引起的持續(xù)性炎癥和凝血激活，會相互加強并惡化，導致無法控制的血栓激活，這是DIC發(fā)展的起初生理階段。因此，循環(huán)中的NET和cfDNA已成為調(diào)節(jié)炎癥和凝血的重要環(huán)節(jié)和潛在治療靶點。而目前尚無靶向清除或抑制cfDNA和NET的藥物進入臨床應(yīng)用。
在這項新研究中，研究團隊提出了一種使用陽離子納米片結(jié)合和清除陰離子性促凝和促炎循環(huán)cfDNA和NET，而不阻斷常規(guī)凝血級聯(lián)的替代治療方法，可以避免常見抗凝劑引起的出血風險。
近年來，陽離子生物材料已被廣泛應(yīng)用于從炎癥組織中去除cfDNA，以治療cfDNA相關(guān)的炎癥性疾病，包括膿毒癥。然而，由于NET的分子量和大小遠大于cfDNA，因此開發(fā)可清除NET的生物材料仍然具有挑戰(zhàn)性。作為新興的生物材料，具有片狀納米結(jié)構(gòu)的2D納米材料與納米尺度化合物（例如小細胞外囊泡）具有更穩(wěn)健的多價相互作用。因此，研究多功能納米片是否可以用于NET和cfDNA的清除，并進一步抑制NET和cfDNA誘導的失控的炎癥和超凝狀態(tài)，是非常有意義的。
細菌感染是膿毒癥的根本原因，并負責啟動和維持免疫功能紊亂。隨著病原體的入侵和固有免疫反應(yīng)的過度激活，與膿毒癥相關(guān)的炎癥加劇?？股赝ǔＳ糜谂R床抗細菌治療，但多重耐藥性嚴重降低了治療效果。不幸的是，基于抗生素的納米平臺的開發(fā)無法完全避免耐藥問題。近期，抗菌肽（AMP），特別是HHC36（賴氨酸-色氨酸-色氨酸-賴氨酸-色氨酸-色氨酸-精氨酸-精氨酸），顯示出有前景的廣譜抗細菌活性?？咕耐ㄟ^靜電和疏水相互作用與細菌膜相互作用，從而引起細胞裂解和死亡。有趣的是，抗菌肽修飾的納米顆粒與細菌膜之間顯示出更強的多價相互作用。由于具有片狀結(jié)構(gòu)的2D納米材料具有卷曲和折疊特性，表面積與體積比更高，因此將抗菌肽共價連接到2D納米片上是治療膿毒癥的抗細菌納米平臺構(gòu)建的有前途的方法。
在這項新研究中，研究團隊首先確認了來自膿毒癥患者樣本中的cfDNA水平、炎癥、凝血和疾病嚴重程度之間的正相關(guān)關(guān)系，然后建立了一種膿毒癥小鼠模型，并制備了黑磷納米片（BP nanosheets），隨后將聚多巴胺（pDA）修飾到黑磷納米片上，再偶連第一代聚酰胺-胺（P-G1）以獲得BP-G1，下一步將抗菌肽（AMP）-HHC36修飾到BP-G1上以制備多功能納米片——BP-G1AMP。
典型的二維結(jié)構(gòu)的黑磷具有易于功能化的表面，提供了高比表面積，從而促進了與細菌細胞膜和cfDNA的相互作用，從而實現(xiàn)了增強的抗菌和清除NET和cfDNA的效果。研究團隊仔細評估了BP-G1AMP的生物相容性、生物降解性和cfDNA結(jié)合能力，還系統(tǒng)性研究了BP-G1AMP在體外的抗炎、抗凝血和抗菌特性。最后在膿毒癥小鼠模型中評估了BP-G1AMP在體內(nèi)的生物降解情況及其治療效果。
研究結(jié)果顯示，在膿毒癥小鼠模型中，BP-G1AMP顯著抑制了細菌生長，改善全身炎癥反應(yīng)、凝血功能障礙和彌漫性血管內(nèi)凝血（DIC），從而提高膿毒癥小鼠存活率。
該研究提出了一種制備多功能納米片的新策略，該納米片可改善膿毒癥治療期間的炎癥相關(guān)凝血，揭示了二維納米結(jié)構(gòu)在構(gòu)建多價抗菌和抗凝納米平臺中的重要性。
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