用于银屑病治疗的MXene纳米平台:协同清除活性氧(ROS)和环状DNA(cfDNA),以抑制炎症和细胞增殖

时间:2026年2月14日
来源:Free Radical Biology and Medicine

编辑推荐:

银屑病治疗新策略:基于MXene的pH响应纳米材料通过清除ROS/cfDNA协同抑制TNF/IL-17炎症通路缓解症状

广告
   X   

郝磊|林仲学|陈欣| Mou Kuanhou|徐峰|郑妍|谢磊
西安交通大学第一附属医院皮肤科,中国陕西省西安市710061

摘要

银屑病是一种全球普遍存在的免疫介导的皮肤病,需要新的治疗策略来应对其多因素致病机制,这些机制涉及氧化应激、游离DNA(cfDNA)驱动的炎症和角质形成细胞过度增殖。在这里,我们提出了一种pH响应型二维(2D)MXene纳米清除剂,该清除剂结合了Ti3C2Tx介导的抗氧化活性、聚乙亚胺(PEI)促进的cfDNA清除以及2,3-二甲基马来酸酐(DMMA)诱导的电荷反转,用于靶向ATIC抑制剂递送。全面的材料表征证实了pH依赖性的电荷反转和持续的药物释放。体外实验表明,基于MXene的平台(MPDA)在清除活性氧(ROS)方面优于同浓度的Trolox,并且cfDNA吸附能力是纯MXene的3倍;而在咪喹莫特诱导的银屑病小鼠模型中,MPDA显著减轻了疾病严重程度(PASI评分降低了约50%),减少了表皮厚度(比IMQ组减少了37%),并抑制了炎症细胞因子——其效果明显优于单一疗法。转录组分析进一步显示,MPDA协同抑制了多种炎症途径,包括TNF和IL-17信号通路,从而有效打破了银屑病的自我持续炎症循环。这项工作为银屑病的治疗提供了一个有前景的组合纳米疗法范例。

引言

银屑病是一种免疫介导的慢性炎症性皮肤病,影响全球约2-3%的人口。1 该疾病以持续复发和治疗抵抗为特征,严重损害患者的生活质量,并增加抑郁、焦虑和自杀等心理并发症的风险。2 目前的临床管理策略根据疾病严重程度进行分层:轻度病例通常使用局部皮质类固醇和维生素D类似物,尽管其疗效有限且存在皮肤刺激问题。3 中度至重度病例需要系统性治疗,包括传统的免疫抑制剂(如甲氨蝶呤、环孢素)和新型口服药物(如阿普瑞马司特)。4 近年来,靶向生物制剂(特别是肿瘤坏死因子-α(TNF-α)和白细胞介素-17(IL-17)抑制剂)的临床应用显著改善了银屑病的治疗效果。这些药物通过特异性阻断关键炎症信号通路发挥作用。5 然而,长期免疫抑制的风险(如感染、恶性肿瘤)和高昂的成本限制了它们的使用。6 光疗虽然对中度至重度疾病有效,但需要较长的治疗时间和存在光毒性限制。7 这些治疗空白凸显了创新干预措施的必要性。
除了免疫失调外,氧化应激也是银屑病的一个关键致病因素。8 活性氧(ROS),如超氧阴离子[O2-]和过氧化氢[H2O2], 直接刺激角质形成细胞过度增殖并调节炎症反应。9 临床证据显示银屑病患者的氧化损伤标志物(如丙二醛、脂质过氧化物)升高。10 同时,游离DNA(cfDNA)的异常积累会促进ROS生成和凋亡信号传导,11, 12 血清cfDNA水平与疾病严重程度相关。13 关键的是,cfDNA-蛋白质复合物通过浆细胞样树突状细胞中的Toll样受体9(TLR9)激活,触发先天性和适应性免疫。14 因此,同时清除ROS和cfDNA代表了一种有前景的治疗策略。目前,许多针对ROS或cfDNA的纳米清除剂在急性肺损伤和缺血性中风等炎症性疾病中显示出良好的治疗效果。15, 16, 17, 18, 19, 20 此外,新兴研究证实了这些双重清除纳米材料在骨关节炎和结肠炎等炎症性疾病中的有效性,21, 22, 23, 24, 25 尽管它们在银屑病中的应用尚未探索。
MXene作为一种新兴的二维纳米材料,相比之前报道的双重ROS/cfDNA清除基底材料具有明显优势。它具有更高的比表面积、更好的机械强度26,以及丰富的表面末端官能团(如羟基[-OH]、氧[-O])。这种独特的结构赋予MXene内在的亲水性、抗氧化特性和丰富的药物装载及化学修饰反应位点(图S1)。27 因此,MXene被选为本研究的基础基底材料。用阳离子聚合物聚乙亚胺(PEI)对MXene进行表面修饰,提高了其稳定性并增强了cfDNA清除效率。28 值得注意的是,在银屑病患者中,表皮角质形成细胞表现出病理性过度增殖。虽然ROS和cfDNA的清除主要通过炎症途径间接调节增殖,但我们试图加入直接的抗增殖干预措施以获得更即时的治疗效果。29 我们关注的是ATIC转甲酰酶(ATIC),这是嘌呤从头合成途径中的关键酶。30 ATIC在多种增殖性疾病中起关键作用,包括闭塞性动脉疾病和线粒体肌病。31, 32 因此,将ATIC特异性抑制剂整合到复合材料中以直接抑制细胞增殖。此外,研究表明银屑病病变部位的局部pH值显著低于正常皮肤(约5)。33 利用这一特性,成功开发了一系列pH响应型材料。这些材料可以通过响应银屑病病变部位的酸性微环境来实现可控的药物释放,从而有效缓解小鼠模型中的银屑病样皮炎。29,34 因此,用2,3-二甲基马来酸酐(DMMA)进行功能化可以保护治疗载荷免受降解,并在酸性的银屑病微环境中实现pH响应性的药物释放。35
因此,通过经典蚀刻方法合成了2D MXene。PEI通过共价键和氢键与MXene结合,而ATIC抑制剂则被封装在DMMA和PEI形成的封闭空间内。最终,开发出了一种多功能2D纳米清除剂MXene-PEI@DMMA-ATIC-IN(MPDA)。该系统旨在同时实现pH触发下的ATIC抑制剂释放,以抑制角质形成细胞过度增殖,通过表面活性基团(-O, -OH)和Ti原子高效清除ROS,并通过阳离子聚合物表面电荷有效吸附cfDNA。在咪喹莫特(IMQ)诱导的银屑病小鼠模型中,MPDA的给药显著减轻了组织氧化损伤和皮肤炎症(图1)。机制研究表明,MPDA通过多靶点调节在银屑病管理中显示出疗效。

材料

Ti3AlC2粉末(MAX相)、LiF、HCl、DMMA和过氧化氢购自Aladdin(中国上海)。抗IL-1β兔多克隆抗体(目录号#ab283818)和抗TNF-α兔多克隆抗体(目录号#ab6671)购自Abcam(英国剑桥)。抗ATIC兔多克隆抗体(目录号#10726-1-AP)和HRP标记的山羊抗兔IgG(H+L)(目录号#SA00001-2)购自Proteintech(中国武汉)。抗兔HRP-DAB IHC检测试剂盒(目录号#ZLI-9018)

ATIC过表达驱动银屑病发病机制

通过对多个生物样本中ATIC表达的验证,阐明了银屑病中的ATIC改变。在GSE30999数据集的81对样本分析中,银屑病病变皮肤中的ATIC水平显著高于非病变皮肤(图2a)。免疫组化染色和定量分析证实,银屑病患者和IMQ诱导的银屑病小鼠模型中的皮肤切片中ATIC显著上调(图2b和

讨论

本研究成功构建了一种多功能2D纳米清除剂MPDA,实现了ROS清除、cfDNA清除、智能药物释放和增殖调节的协同整合,用于银屑病治疗。实验结果表明,MPDA显著降低了病变部位的ROS和cfDNA水平,抑制了IMQ诱导的银屑病小鼠的表皮增厚和炎症浸润,其效果明显优于单一疗法

结论

成功开发了一种名为MPDA的新型2D纳米清除剂,它通过协同清除cfDNA/ROS和pH响应性递送抗增殖剂,为银屑病提供了一种创新的治疗方法。体外实验证明了其出色的抗氧化活性、高效的cfDNA清除能力和pH依赖性的可控药物释放特性。体内研究进一步证实了其良好的生物安全性

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文报道工作的竞争性财务利益或个人关系。

CRediT作者贡献声明

郝磊:写作——审阅与编辑,撰写——初稿,方法学,研究,正式分析,概念化。谢磊:监督,方法学,资金获取,概念化。陈欣:写作——审阅与编辑,撰写——初稿,方法学,研究。Mou Kuanhou:监督,方法学。徐峰:监督,方法学,概念化。郑妍:监督,方法学,资金获取,概念化。林仲学:写作——原创

未引用的参考文献

33.; 34.; 62.; 63.; 64.; 65.

数据和材料的可用性

本研究中使用和/或分析的数据集可向相应作者索取。

资助

本研究得到了中国国家自然科学基金(82273541, 81972938, 22475160)、国家重点研发计划(2023YFF1105302, 2023YFF1105300)、西安交通大学青年人才项目(11301223020712)、西安交通大学青年科技创新团队项目(xtr052025010)以及项目(202312145)的支持。

利益冲突声明

☒ 作者声明他们没有已知的可能会影响本文报道工作的竞争性财务利益或个人关系。

致谢

我们感谢西安交通大学生物医学实验中心的Zhuanzhuan Wang、Xiaofei Wang以及所有教师的技术支持。

生物通微信公众号
微信
新浪微博


生物通 版权所有