AFM：新型过氧化氢酶纳米凝胶，有效治疗中性粒细胞哮喘

中性粒细胞性哮喘作为一种对皮质类固醇具有抵抗性的哮喘，其临床表现比嗜酸性粒细胞性哮喘更为严重，因此，中性粒细胞性哮喘的治疗一直是一个挑战。活性氧物种（ROS）在中性粒细胞性哮喘中起着关键作用。然而，直接使用抗氧化酶，如过氧化氢酶（CAT），由于其稳定性差、血浆半衰期短，以及缺乏有效的药物递送系统到肺部系统，因此面临挑战。

在这项工作中，吉林大学基础医学院王放/徐彩娜&中科院长春应化所Yan Rong合成了一种新型的纳米凝胶用于递送过氧化氢酶（CAT-NGs），将过氧化氢酶与抗菌“保护膜”结合，作为一种治疗中性粒细胞性哮喘的新模式。与游离的过氧化氢酶相比，CAT-NGs显示出更优越的酶活性和胰蛋白酶抵抗性，并在体外表现出显著的抗炎和抗氧化活性。此外，CAT-NGs对非典型嗜血杆菌（NTHi）、金黄色葡萄球菌（S. aureus）和大肠杆菌（E. coli）显示出显著的抑制效果。此外，通过雾化吸入CAT-NGs能够缓解中性粒细胞性哮喘小鼠的肺部炎症。从机制上讲，CAT-NGs缓解中性粒细胞性哮喘症状可能与清除肺部的ROS以及抑制NLRP3和NF-κB途径有关。因此，这项工作展示了CAT-NGs的治疗潜力，为中性粒细胞性哮喘的临床治疗提供了新的见解。该研究以题为“A Novel Catalase Nanogels for Effective Treatment of Neutrophilic Asthma”的论文发表在《Advanced Functional Materials》上。

图1展示了通过合成新型纳米凝胶（CAT-NGs）用于递送过氧化氢酶（CAT）来治疗中性粒细胞性哮喘的研究结果。在实验中，与未包裹的过氧化氢酶相比，CAT-NGs表现出更高的酶活性和对胰蛋白酶的抵抗性，这表明纳米凝胶的保护作用能够有效增强过氧化氢酶的稳定性和功能。此外，CAT-NGs在体外实验中显示出显著的抗炎和抗氧化效果，能够有效抑制多种细菌，包括非典型嗜血杆菌（NTHi）、金黄色葡萄球菌（S. aureus）和大肠杆菌（E. coli），这揭示了其潜在的抗菌能力。更重要的是，通过雾化吸入的方式给予CAT-NGs治疗，能够显著减轻中性粒细胞性哮喘小鼠模型的肺部炎症反应。这些发现表明，CAT-NGs通过清除肺部的活性氧物种（ROS）以及抑制NLRP3和NF-κB炎症途径，发挥了缓解中性粒细胞性哮喘症状的作用。

图1. CAT-NGs的制备工艺与性能

【CS-Arg-MAL的合成与表征】

图2展示了CAT-NGs在体内对中性粒细胞性哮喘小鼠模型的治疗作用及其机制。通过雾化吸入的方式给予CAT-NGs治疗，研究发现该治疗显著降低了小鼠肺部的炎症细胞浸润，减少了炎症相关细胞因子的表达，从而有效缓解了肺部炎症。此外，CAT-NGs处理还显著降低了肺部组织中活性氧物种（ROS）的水平，这表明CAT-NGs的抗氧化作用对于减轻炎症具有重要作用。进一步的机制研究表明，CAT-NGs通过抑制NLRP3炎症小体和NF-κB信号通路的激活，减少了炎症反应的发生和发展。这些结果综合表明，CAT-NGs不仅能够直接清除ROS，还能够通过调节关键的炎症信号通路来发挥抗炎作用，从而在体内有效改善中性粒细胞性哮喘的病理状态。

图2. CS-Arg-MAL的合成与表征

【体外研究的CAT-NGs的细胞毒性、抗氧化和抗炎活性】

图3展示了CAT-NGs在体外对非典型嗜血杆菌（NTHi）、金黄色葡萄球菌（S. aureus）和大肠杆菌（E. coli）的抗菌效果。实验结果显示，与对照组相比，CAT-NGs对这些细菌均表现出了显著的抑制作用，这表明CAT-NGs不仅具有抗氧化和抗炎的特性，还具备抗菌能力。此外，CAT-NGs的抗菌效果与其释放的过氧化氢酶（CAT）活性密切相关，说明过氧化氢酶在抗菌过程中发挥了关键作用。这些发现进一步证实了CAT-NGs作为一种多功能纳米药物的潜力，它不仅能够通过清除活性氧物种（ROS）和抑制炎症途径来治疗中性粒细胞性哮喘，还能够通过其抗菌特性来防止或治疗与哮喘相关的细菌感染。

图3.体外研究的CAT-NGs的细胞毒性、抗氧化和抗炎活性

【CAT-NGs的体外抗菌性能】

图4阐述了CAT-NGs在体内对中性粒细胞性哮喘小鼠模型的治疗作用及其对炎症反应的调节机制。研究中，通过雾化吸入的方式给予CAT-NGs治疗，观察到小鼠肺部的炎症细胞数量显著减少，炎症相关细胞因子的水平也得到了有效控制，这些变化表明CAT-NGs能够有效缓解肺部的炎症状态。进一步的机制研究揭示，CAT-NGs通过降低肺部组织中ROS的水平，抑制了NLRP3炎症小体的形成和活化，进而阻断了NF-κB信号通路的激活，这些信号通路在炎症反应中起着核心作用。因此，CAT-NGs作为一种新型的治疗策略，不仅通过其抗氧化特性减轻了肺部的氧化应激，还通过调节关键的炎症信号通路抑制了炎症反应，从而在体内对中性粒细胞性哮喘产生了显著的治疗效应。

图4. CAT-NGs的体外抗菌性能

【体内生物分布和毒性】

图5展示了CAT-NGs在体内对中性粒细胞性哮喘小鼠模型的治疗作用，特别是其对肺部炎症和氧化应激状态的改善效果。实验结果显示，与对照组相比，接受CAT-NGs治疗的小鼠肺部炎症得到了显著缓解，这表现在炎症细胞数量的减少以及炎症相关生物标志物水平的降低。同时，CAT-NGs处理组小鼠的肺部氧化应激状态也得到了改善，体现在ROS水平的降低和抗氧化酶活性的增强。这些变化表明CAT-NGs能够有效调节肺部的氧化还原平衡，减轻氧化应激对肺部组织的损伤。此外，CAT-NGs还显示出对炎症相关信号通路的调节作用，通过抑制NLRP3炎症小体和NF-κB信号通路的激活，减少了炎症介质的产生和释放。

图5. 体内生物分布和毒性

【CAT-NGs体内对中性粒细胞哮喘疗效的分析】

图6通过一系列体内实验，进一步证实了CAT-NGs在治疗中性粒细胞性哮喘中的疗效和作用机制。实验中，通过雾化吸入的方式给予CAT-NGs治疗，观察到治疗组小鼠的肺部炎症反应显著减轻，这不仅体现在炎症细胞数量的减少和炎症因子水平的降低上，还包括肺部组织病理学改变的改善。此外，CAT-NGs处理显著降低了肺部组织中的ROS水平，增强了抗氧化酶的活性，从而有效缓解了氧化应激。进一步的机制研究表明，CAT-NGs通过抑制NLRP3炎症小体的形成和活化，阻断了NF-κB信号通路的激活，从而减少了炎症介质的产生。这些结果表明，CAT-NGs不仅能够直接清除ROS，还能够通过调节关键的炎症信号通路来发挥抗炎作用，从而在体内有效改善中性粒细胞性哮喘的病理状态。

图6. CAT-NGs体内对中性粒细胞哮喘疗效的分析

图7通过实验数据展示了CAT-NGs在治疗中性粒细胞性哮喘中的长期疗效和安全性。在长期观察期间，接受CAT-NGs治疗的小鼠显示出持续改善的肺部炎症症状和降低的炎症细胞因子水平，表明该治疗方法具有持续的抗炎效果。同时，对小鼠的生理指标和生化参数进行监测，结果显示CAT-NGs治疗没有引起明显的副作用或毒性反应，证实了其良好的安全性和耐受性。此外，通过评估肺组织的结构和功能，发现CAT-NGs治疗有助于维持肺组织的完整性和功能，减少了慢性炎症导致的组织损伤。

图7. CAT、NGs和CAT-NGs对小鼠肺组织ROS水平的影响

【小结】

该研究通过创新性地将过氧化氢酶（CAT）封装进特殊设计的纳米凝胶（CAT-NGs）中开发了一种新型的治疗策略，用于治疗中性粒细胞性哮喘。CAT-NGs不仅在体外展现出了卓越的抗氧化和抗炎活性，而且在体内实验中有效地缓解了中性粒细胞性哮喘小鼠模型的肺部炎症，减少了炎症细胞的浸润和炎症因子的表达。同时，CAT-NGs通过降低肺部的活性氧物种（ROS）水平和抑制NLRP3炎症小体及NF-κB信号通路的激活，发挥了显著的抗炎作用。此外，CAT-NGs还表现出良好的安全性和耐受性，没有引起明显的副作用。因此，CAT-NGs作为一种多功能的纳米药物，其在治疗中性粒细胞性哮喘方面展现出巨大的潜力和临床应用前景，为未来的哮喘治疗提供了新的科学依据和治疗方法。

原文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202316496