多功能納米片：治療膿毒癥中炎癥相關凝血病

　　膿毒癥（Sepsis）是宿主對創傷和微生物感染的全身炎癥反應功能障礙導致的危及生命的器官功能障礙。由于膿毒癥發病機制的復雜性和患者病情的異質性，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。據統計，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的近20%。

　　由膿毒癥引起的死亡可能與過度的炎癥反應、與炎癥相關的凝血障礙、彌漫性血管內凝血（DIC）、微生物感染以及隨后的多器官功能衰竭有關。根據當前治療指南，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院張天宇、馬競及中山大學附屬第六醫院涂召旭等在 Advanced Functional Materials 期刊發表了題為：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、凝血功能障礙和彌漫性血管內凝血（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凝血，揭示了二維納米結構在構建多價抗菌和抗凝納米平臺中的重要性。

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　　近年來研究發現，膿毒癥進展過程中釋放到循環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分子模式（DAMP），可誘導模式識別受體（PRR）激活，引發炎癥反應和細胞因子風暴，最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癥，在與系統性血管內炎癥相結合時，它在多器官功能障礙綜合征和隨后的死亡中也發揮了關鍵作用。雖然膿毒癥患者的凝血激活過程復雜，但越來越多的證據表明，進入血液的循環NET和cfDNA在凝血障礙（尤其是DIC）的發病機制中發揮關鍵作用。循環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的途徑，以FXII和FXI依賴的方式在體內作為“天然屏障”，通過凝血的固有途徑產生凝血酶。凝血酶生成構成凝血級聯反應的限速步驟，并作為一種強大的促炎介質發揮作用。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，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發展的最初生理階段。因此，循環中的NET和cfDNA已成為調節炎癥和凝血的重要環節和潛在治療靶點。而目前尚無靶向清除或抑制cfDNA和NET的藥物進入臨床應用。

　　在這項最新研究中，研究團隊提出了一種使用陽離子納米片結合和清除陰離子性促凝和促炎循環cfDNA和NET，而不阻斷常規凝血級聯的替代治療方法，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用于從炎癥組織中去除cfDNA，以治療cfDNA相關的炎癥性疾病，包括膿毒癥。然而，由于NET的分子量和大小遠大于cfDNA，因此開發可清除NET的生物材料仍然具有挑戰性。作為新興的生物材料，具有片狀納米結構的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，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的過度激活，與膿毒癥相關的炎癥加劇。抗生素通常用于臨床抗細菌治療，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無法完全避免耐藥問題。最近，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。抗菌肽通過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。由于具有片狀結構的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建的有前途的方法。

　　在這項最新研究中，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關系，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。

　　典型的二維結構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結合能力，還系統性研究了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在體內的生物降解情況及其治療效果。

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　　研究結果顯示，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、凝血功能障礙和彌漫性血管內凝血（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凝血，揭示了二維納米結構在構建多價抗菌和抗凝納米平臺中的重要性。