用于修复UVB诱导皮肤光损伤的增强抗氧化活性鞣酸-铈纳米颗粒

长时间暴露于紫外线（UV）辐射可诱导氧化应激，进而导致细胞功能障碍和组织损伤。然而，目前可获得的天然抗氧化剂和纳米材料通常存在稳定性有限及生物利用度低的问题，严重限制了其长期治疗效果。研究人员通过pH调控沉淀结合植物来源鞣酸与四价铈离子原位组装，构建了一种抗氧化纳米材料——鞣酸-铈纳米颗粒（TA–Ce NPs）。TA–Ce NPs形成金属-多酚网络结构，并在广泛的pH和温度条件下表现出高生物相容性与良好的结构稳定性。值得注意的是，TA–Ce NPs可高效清除超氧阴离子、羟基自由基和过氧化氢，从而克服单独使用鞣酸时光稳定性差以及单独使用氧化铈时生物相容性受限的问题。TA–Ce NPs显著促进L929成纤维细胞增殖与迁移，同时明显降低细胞内活性氧（ROS）水平、增强超氧化物歧化酶（SOD）活性并抑制脂质过氧化。此外，负载TA–Ce NPs的透明质酸钠（HA）凝胶（TA–Ce NPs/HA）在紫外线B（UVB）诱导皮肤光损伤小鼠模型中，于7 d内实现72.83%的皮肤创面愈合率，并显示出良好的体内生物安全性。该研究提出了一种整合稀土元素与天然多酚的协同抗氧化纳米平台，为皮肤光损伤修复提供了较大应用潜力。

该论文发表于《Journal of Rare Earths》，围绕UVB诱导皮肤光损伤中的氧化应激失衡、炎症反应激活及组织修复不足等关键问题，提出并验证了一种基于天然多酚与稀土元素协同构建的抗氧化纳米修复体系。研究背景在于，紫外线尤其是紫外线B（UVB）可诱发DNA损伤、活性氧（ROS，reactive oxygen species）过量积累和氧化还原稳态破坏，继而触发炎症级联反应，最终导致皮肤屏障受损、细胞凋亡增加及胶原结构破坏。现有外用光防护和修复策略虽然种类较多，但常受限于抗氧化效率不高、稳定性不足或安全性欠佳。植物来源多酚如鞣酸（TA）具备良好天然抗氧化活性和生物相容性，但其皮肤穿透能力有限，且酚羟基结构易受UV/氧化环境破坏，导致长期疗效受限。另一方面，氧化铈（CeO₂）因具有Ce³⁺/Ce⁴⁺可逆氧化还原循环，可模拟超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）活性，在抗氧化和组织修复方面显示出潜力，但其表面化学惰性较强，在复杂生理环境中的生物适配性与抗炎表现仍存在局限。因此，如何同时提升天然多酚稳定性与铈基纳米材料生物相容性，并保持甚至增强其抗氧化性能，是开展本研究的直接动因。

基于上述问题，研究人员采用pH调控沉淀结合原位组装策略，以鞣酸与Ce⁴⁺构建鞣酸-铈纳米颗粒（TA–Ce NPs），形成稳定的金属-多酚网络（metal–polyphenol network）。该设计将TA的电子/氢供体型自由基清除机制与铈基纳米酶的Ce³⁺/Ce⁴⁺氧化还原循环相结合，目标是在材料层面实现协同抗氧化、改善分散稳定性与生物相容性，并将其用于UVB相关皮肤光损伤修复。研究结果表明，TA–Ce NPs不仅具备优良的胶体分散性、环境稳定性和低细胞毒性，而且能够高效清除·O₂⁻、·OH及H₂O₂等多种ROS，促进受损成纤维细胞增殖迁移，恢复内源性抗氧化防御，并在动物模型中显著加快皮肤损伤修复。该研究的重要意义在于提出了稀土元素与天然多酚协同构建绿色抗氧化纳米平台的新策略，为皮肤光损伤修复及氧化应激相关疾病干预提供了新的材料学与方法学基础。

就主要技术方法而言，研究人员首先通过一锅法合成TA–Ce NPs，并采用动态光散射（DLS）、透射电子显微镜（TEM）、能谱（EDS）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、热重分析（TGA）和X射线光电子能谱（XPS）对其粒径、电位、形貌、元素分布、化学结构与Ce价态进行表征。随后利用ABTS、WST、TMB及电子顺磁共振（ESR）系统评价体外抗氧化与类酶活性。细胞实验采用L929成纤维细胞UVB损伤模型，检测细胞活力、迁移、胞内ROS、SOD活性、丙二醛（MDA）及相关蛋白表达。动物实验采用BALB/c小鼠UVB急性皮肤光损伤模型，每组n=6，并通过HA凝胶负载材料进行局部给药，结合组织学染色、ROS荧光、血液学和血生化分析评估疗效与安全性。

在“3.1. Preparation and characterization of TA–Ce NPs”部分，研究人员证实TA–Ce NPs可通过一锅法成功构建。TA中丰富的邻苯二酚和没食子酰基可在弱碱性条件下与Ce⁴⁺发生有效配位，促成致密稳定的金属-多酚网络形成。DLS结果显示其平均水合粒径约为92.9 nm，且在去离子水、PBS和RPMI 1640培养基中均保持负电位，提示其在生理相关环境中具有较好的分散稳定性。不同pH和温度条件下的紫外-可见吸收及Zeta电位变化较小，说明其环境适应性良好。TEM显示颗粒呈不规则三维网络样纳米结构，EDS提示C、O、Ce元素分布均一。FTIR证实TA羟基与铈离子发生配位，TGA显示复合物中TA含量约为53.8 wt%。XPS进一步证实材料表面存在C、O、Ce，且Ce³⁺与Ce⁴⁺共存；在H₂O₂处理后二者峰强度发生变化，提示在ROS清除过程中存在动态Ce³⁺/Ce⁴⁺氧化还原循环。这一结构基础为其后续抗氧化功能提供了支撑。

在“3.2. Antioxidant properties of TA–Ce NPs”部分，研究人员系统评估了材料的总抗氧化能力、类SOD活性以及对多种ROS的清除作用。ABTS实验表明，TA–Ce NPs在5–160 μg/mL范围内表现出明显的浓度依赖性总抗氧化能力。WST结果显示其具有较强类SOD催化活性，EC₅₀为9.92 μg/mL；与TA和CeO₂相比，TA–Ce NPs在相同条件下表现出更高的类SOD活性，说明金属-多酚复合形成了显著协同效应。ESR结果证实TA–Ce NPs可有效降低·O₂⁻和·OH特征信号，并呈浓度依赖性增强。针对H₂O₂的实验显示，该材料在50 μg/mL时分解效率可达97%。此外，与商业抗氧化剂维生素C比较时，TA–Ce NPs在避光条件下抗氧化强度略低，但在光照条件下表现出更高抗氧化稳定性；二者联用则进一步提高抗氧化表现。综合而言，该材料具备稳定而广谱的抗氧化特征，能够通过多路径调节氧化还原微环境。

在“3.3. In vitro cellular evaluation of TA–Ce NPs”部分，研究人员以L929成纤维细胞作为体外皮肤修复模型，考察材料的生物相容性与光损伤保护作用。CCK-8结果显示，TA–Ce NPs在5–200 μg/mL范围内细胞存活率均高于85%，总体表现为低细胞毒性。与单独TA相比，TA–Ce NPs明显降低了高浓度多酚引起的细胞活力下降；与CeO₂相比，其生物相容性亦更优。通过不同剂量UVB照射建立损伤模型后，研究人员确定100 mJ/cm²可使细胞活率下降至约50%，适合作为后续标准损伤条件。预处理TA–Ce NPs后，UVB诱导的细胞收缩、空泡化和黏附减少现象得到明显缓解，细胞活性随处理浓度和时间增加而改善。进一步比较发现，在相同浓度下，单独TA或CeO₂均不能像TA–Ce NPs那样有效提升光损伤后细胞增殖能力，表明复合纳米结构具有更突出的保护优势。研究还证明，即使经较长时间UVB照射，TA–Ce NPs的生物相容性和ROS清除能力仍可维持。综合抗氧化效率、细胞毒性与促增殖效果，后续机制实验选择20 μg/mL作为工作浓度。

在细胞功能层面，划痕实验显示TA–Ce NPs在12、24、48 h各时点均可显著提升L929细胞迁移与创口闭合速度，优于TA和CeO₂组，说明其不仅保护细胞存活，还促进损伤后修复行为。DCFH-DA荧光检测表明，20 μg/mL TA–Ce NPs对胞内ROS的抑制效率最高，可达66.68%，与其促进细胞增殖迁移的结果一致。进一步检测内源性抗氧化指标发现，UVB使SOD活性从正常组63.1 U/mg protein大幅降至1.5 U/mg protein，而TA–Ce NPs可将其恢复至45.97 U/mg protein，显著优于TA与CeO₂组。与此同时，UVB显著升高脂质过氧化产物MDA水平，而TA–Ce NPs可将其明显降低，表明其能够减轻膜脂氧化损伤。Western blot结果进一步提示，TA–Ce NPs可激活Nrf2信号通路并抑制NF-κB信号通路，从而增强抗氧化防御并下调TNF-α、IL-1β和IL-6表达，促进形成抗炎微环境。该部分结果共同证明，TA–Ce NPs在细胞水平上的修复作用不仅来自直接ROS清除，还与内源性抗氧化系统恢复及炎症调控相关。

在“3.4. TA–Ce NPs promote the repair of UVB-induced skin photodamage in vivo”部分，研究人员采用BALB/c小鼠建立急性UVB皮肤光损伤模型，以评价TA–Ce NPs在体内的修复作用。为实现局部持续递送，研究人员将TA–Ce NPs按1:3（w/w）比例均匀掺入透明质酸（HA）水凝胶中，形成TA–Ce NPs/HA复合体系。UVB照射后连续外用7 d，结果显示第3天时HA组已有较明显创面收缩，而TA–Ce NPs/HA组在外观上表现出更轻的红斑和水肿，提示其在早期炎症抑制方面具有优势。至第7天，TA–Ce NPs/HA组创面愈合率达到72.83%，分别较TA–Ce NPs组和HA组提高1.34倍和1.49倍，说明复合水凝胶可进一步放大治疗效果。实验期内动物体重无明显下降，提示局部外用未造成全身状态恶化。

组织学结果进一步支持上述疗效判断。H&E和Masson染色显示，TA–Ce NPs/HA处理后皮肤表皮结构完整清晰，真皮胶原纤维排列致密且规则，未见明显水肿和组织破坏；相比之下，TA–Ce NPs组与HA组仍存在不同程度的表皮紊乱、胶原断裂和组织不规则。胶原定量分析表明，TA–Ce NPs/HA组胶原体积分数达到29.67%，显著高于损伤对照组22.53%，并接近正常皮肤29.76%的水平。损伤组织原位ROS荧光成像还显示，TA–Ce NPs比单独HA具有更强清除氧化应激的能力，而二者结合后的降ROS效果最为显著。由此可见，该材料在体内主要通过减轻早期炎症、降低氧化应激、促进胶原新生和组织重塑来加快UVB损伤皮肤的结构与功能恢复。

在“3.5. In vivo biosafety of TA–Ce NPs”部分，研究人员对材料体内安全性进行了较系统评价。整个实验期间，各组动物均表现正常，无脱毛或明显皮肤病灶。血液学分析显示，TA–Ce NPs/HA组与正常组在红细胞计数（RBC）、白细胞计数（WBC）、血红蛋白（HGB）、平均血小板体积（MPV）、血小板计数（PLT）及平均红细胞血红蛋白量（MCH）等指标上均无显著差异。血清生化检测结果显示，丙氨酸氨基转移酶（ALT）、天冬氨酸氨基转移酶（AST）、碱性磷酸酶（ALP）、总蛋白（TP）、肌酐（CREA）和尿酸（UA）等肝肾功能指标均处于正常范围，且与正常组无统计学差异。主要脏器包括心、肝、脾、肺、肾的H&E染色亦未见炎症浸润或组织结构异常。该部分说明TA–Ce NPs/HA在本研究设定的外用给药条件下具有良好的体内耐受性和生物安全性。

综合讨论部分可归纳为：该研究通过材料设计实现了天然多酚与稀土铈基纳米酶的功能互补，解决了单独TA光稳定性差、单独CeO₂生物相容性和复杂环境适应性不足的问题。TA–Ce NPs依托金属-多酚网络结构，在保持结构稳定和生物相容性的同时，获得了对多类ROS的广谱清除能力，并可通过Ce³⁺/Ce⁴⁺循环与TA供电子/供氢机制共同发挥抗氧化作用。在细胞水平上，材料通过降低ROS、恢复SOD活性、减少MDA积累、调控Nrf2/NF-κB相关信号，促进成纤维细胞存活、增殖和迁移；在动物水平上，结合HA形成局部递送体系后，可抑制炎症、促进胶原沉积并显著加快光损伤修复，同时未见明显全身毒性。论文也明确指出，本研究主要基于急性UVB模型，长期体内分布、清除途径及铈在组织中的潜在蓄积仍需进一步研究。

研究结论可译为：本研究通过pH调控沉淀结合天然多酚TA与Ce⁴⁺原位组装，构建了一种基于金属-多酚网络的抗氧化纳米材料TA–Ce NPs。该纳米平台兼具简便合成、高结构稳定性和优良生物相容性。TA–Ce NPs将铈基纳米酶可逆Ce³⁺/Ce⁴⁺氧化还原循环与多酚抗氧化剂通过电子/氢供体进行ROS清除的活性整合起来，形成了常规铈基抗氧化材料所不具备的协同抗氧化机制。TA–Ce NPs具有较高类酶活性，其EC₅₀为9.92 μg/mL，同时改善了材料分散性和生物安全性。TA–Ce NPs可高效清除UVB诱导的过量ROS并维持细胞氧化还原稳态。在体外，TA–Ce NPs降低了单一组分的细胞毒性，并促进UVB损伤L929成纤维细胞的增殖与迁移；这一保护作用归因于胞内ROS水平显著下降、SOD活性恢复以及脂质过氧化受抑，从而减轻UVB诱导的氧化应激并加快细胞功能恢复。在体内，UVB诱导皮肤光损伤模型证实TA–Ce NPs具有良好生物安全性，并能减轻炎症反应、促进胶原沉积和组织重塑。经7 d治疗后，创面愈合率达到72.83%，显示出该纳米平台良好的治疗效能。该工作确立了天然多酚-稀土基纳米材料作为皮肤保护及氧化应激相关疾病治疗用生物活性纳米平台的应用潜力。