急性肺损伤（ALI）是一种危及生命的呼吸系统疾病，其特征是发病迅速、肺功能障碍和严重的低氧血症。其常见病因包括创伤、严重感染、败血症和肺炎[1]、[2]、[3]、[4]。目前的临床治疗方法（如呼吸支持和液体管理）主要是对症治疗，未能解决潜在的炎症病理，导致死亡率持续高达40-60%[5]。
ALI发病机制的核心是免疫反应失调，导致过度炎症。在关键的炎症介质中，来自坏死或凋亡细胞的游离DNA（cf-DNA）作为损伤相关分子模式（DAMP），越来越被认为是炎症的强大驱动因素[6]、[7]。cf-DNA中的低甲基化CpG基序会激活Toll样受体9（TLR9），触发下游NF-κB信号通路并放大炎症级联反应。最近的研究证实，cf-DNA在ALI进展中起着致病作用，特别是在LPS刺激下释放线粒体DNA（mtDNA）后，会激活TLR9依赖的损伤过程[8]、[9]、[10]、[11]。值得注意的是，输注的红细胞能够清除cf-mtDNA，从而减轻肺部炎症[12]。
在cf-DNA清除方面，出现了两种主流方法：（i）使用阳离子材料的静电隔离；（ii）使用基于DNase的系统进行酶降解。阳离子聚合物主要通过电荷相互作用结合cf-DNA，可以快速中和由cf-DNA引发的信号传导[13]、[14]、[15]、[16]。然而，它们广泛的电荷相互作用有时可能导致与细胞成分或血清蛋白的非特异性结合，这对长期生物相容性和临床应用带来挑战。DNase I是一种重组内切酶，已被批准用于囊性纤维化的临床治疗，为cf-DNA降解提供了有前景的方法[17]、[18]。然而，DNase I的治疗潜力受到药代动力学的限制——半衰期短、酶稳定性差以及肺部清除速度快，这阻碍了其在炎症部位的持续活性。纳米技术的最新进展为这一问题提供了潜在的解决方案。可吸入的纳米载体可以增强药物滞留、防止酶降解，并改善肺部靶向性[19]、[20]、[21]。Lee等人开发了长效DNase I纳米颗粒，在败血症和COVID-19模型中显示出降低cf-DNA和中性粒细胞胞外陷阱（NETs）的治疗效果[21]、[22]。此外，涂有DNase I的纳米颗粒通过清除cf-DNA显著减少了小鼠的肺转移[23]。
然而，ALI不仅涉及炎症失调，还涉及氧化还原失衡，表现为活性氧（ROS）过多。无论是阳离子聚合物清除剂还是传统的DNase制剂，都无法有效应对炎症肺部的氧化应激。BR是一种从血红素代谢中提取的天然抗氧化剂，具有清除ROS和抗炎双重特性，其自组装性质使其适用于纳米医学应用[24]、[25]、[26]、[27]、[28]、[29]、[30]、[31]。此外，最近的研究表明，基于BR的纳米颗粒在肺部疾病中显示出有希望的治疗潜力。Jon报告称，BR纳米颗粒能有效减轻肺组织的炎症和氧化应激，这进一步支持了在肺部靶向治疗中使用BR纳米颗粒的合理性[28]、[29]。此外，BR本身具有内在的抗炎活性，为治疗炎症相关疾病提供了额外的优势[30]、[31]、[32]、[33]。
基于这些发现，我们试图构建一种基于BR的氧化还原响应型DNase I纳米平台，同时针对cf-DNA和ROS。在本研究中，我们用PEG-MAL对BR进行化学修饰，得到BR-PEG-MAL，该纳米颗粒（约160纳米）适合肺部给药。通过马来酰亚胺-硫醇偶联将DNase I结合到BR-PEG-MAL上，形成一种对ROS有响应的纳米结构，其中BR成分可以缓冲氧化应激并帮助保持DNase I的活性（图1A）。重要的是，我们的设计旨在使DNase I主要在细胞外环境中发挥作用，以降解cf-DNA，而不是依赖细胞内摄取作为主要作用部位。我们验证了BRn@DNase I中的cf-DNA降解活性和功能稳定性（活性保留），并在巨噬细胞模型和LPS诱导的ALI小鼠模型中证明了其治疗效果。BRn@DNase I不仅通过清除cf-DNA减轻了炎症，还调节了巨噬细胞的极化，从而提供了一种有前景的纳米治疗策略，用于通过肺部给药治疗ALI（图1B）。
