南方医科大学涂盈锋团队Adv. Sci.：一种DNase-I纳米马达系统，高效清除肺部cf-mtDNA，有效减轻脓毒症急性肺损伤

脓毒症（Sepsis）是机体对感染的免疫反应失调而引发的危及生命的多器官功能障碍，是一个高病死率的临床综合征。肺脏是脓毒症最易累及的靶器官，急性肺损伤（Acute lung injury，ALI）是脓毒症病程中出现最早且发生率最高的并发症，同时也是导致患者死亡的重要原因。遗憾的是，目前临床治疗手段有限，且很大程度上仍是支持性治疗，如抗感染、液体复苏及机械通气等，脓毒症急性肺损伤的病死率仍居高不下。因此，进一步寻找脓毒症急性肺损伤的治疗靶点并开发治疗新策略具有非常重要的临床意义。

2023年7月30日，南方医科大学涂盈锋教授团队在Advanced Science上发表了题为“Self-Propelled Proteomotors with Active Cell-Free mtDNA Clearance for Enhanced Therapy of Sepsis-Associated Acute Lung Injury”的研究论文。该研究发现在脓毒症ALI状态下，肺部游离线粒体DNA（cell-free mitochondrial DNA，cf-mtDNA）显著增加，且cf-mtDNA是介导肺部炎症反应的重要内源性损伤分子；同时，该研究通过简单的交联策略设计了一种DNase-I纳米马达系统，经吸入给药后可高效清除肺部cf-mtDNA，有效减轻脓毒症急性肺损伤。

脓毒症的病理机制十分复杂，其中免疫炎症失衡是其核心环节。在机制上，免疫炎症失调通常是由模式识别受体（Pattern recognition receptors，PRRs）的过度激活所引发和驱动。PRRs可识别多种危险信号，如病原相关分子模式（PAMP）和损伤相关分子模式（DAMP）。游离DNAs（cell-free DNAs，cf-DNAs），包括受损细胞和组织释放的核DNA（nuclear DNA，nDNA）和线粒体DNA（mitochondrial DNA，mtDNA），以及中性粒细胞胞外陷阱 (Neutrophil Extracellular Traps, NETs) ，是机体重要的内源性损伤分子，可与Toll样受体9（Toll-like receptor 9，TLR9）结合参与多种炎症性疾病的发生。

值得注意的是，线粒体DNA与细菌DNA同源，包含大量可被TLR受体识别的去甲基化CpG基序。相较于cf-nDNA，cf-mtDNA更易诱发免疫炎症反应。既往研究报道，cf-mtDNA在多种炎症性疾病的损伤组织局部显著增加，包括类风湿关节炎、银屑病和炎症性肠病等，并且是介导组织损伤和疾病进展的关键因素。近期，多项临床研究表明，循环cf-DNAs水平升高，特别是cf-mtDNA，与脓毒症ALI的发生及严重程度密切相关。然而，cf-DNAs在脓毒症ALI损伤肺组织中的含量变化及其作用，目前尚不明确，有待进一步探索。

在该研究中，作者利用脂多糖（LPS）构建脓毒症急性肺损伤小鼠模型，并发现cf-mtDNA含量在损伤肺组织中显著增加，并与肺部炎症水平呈正相关；而cf-nDNA的变化并不明显（图1）。此外，作者进一步证实cf-mtDNA，而不是cf-nDNA，是介导脓毒症ALI疾病进展的重要内源性损伤分子（图2）。

图1 肺部cf-DNAs与脓毒症ALI的关系

图2 吸入cf-mtDNA可加剧脓毒症ALI

因此，靶向清除肺部异常积蓄的cf-mtDNA可能是脓毒症ALI的有效治疗策略。脱氧核糖核酸酶I（Deoxyribonuclease I, DNase I），是一种可消化单链或双链DNA的非特异性核酸内切酶。目前DNase I已被批准用于临床治疗肺囊性纤维化，吸入后可有效降解气道内cf-DNAs，减少气道分泌物粘性，提高粘液清除率，改善肺功能。近期有临床研究表明，吸入DNase I有助于改善COVID-19患者肺功能，但其短暂的肺部滞留时间是制约临床疗效的重要因素。为了延长DNase I的肺部滞留时间，提高cf-mtDNA清除效率，作者利用戊二醛将DNase-I与白蛋白（HSA）进行交联，成功制备DNase-I纳米马达系统（DNase-I/HSA NMs）（图3）。所制备的DNase-I/HSA NMs不仅具备优异的酶催活性、生理稳定性及生物安全性，在底物cf-DNA存在条件下，还展现出增强扩散能力。

更重要的是，相较于游离DNase-I，DNase-I/HSA NMs经吸入给药后肺部滞留时间显著延长。动物实验也表明，DNase-I/HSA NMs能够有效清除肺部cf-mtDNA，显著减轻肺损伤并增加脓毒症小鼠生存率。值得一提的是，cf-DNA在许多疾病（如炎症、自身免疫、癌症和心血管疾病等）中也显著升高，并在这些疾病进展中发挥重要作用。因此，该研究所开发的DNase-I/HSA NMs可作为治疗多种疾病的综合平台。由于其优异的酶催活性、独特的生理稳定性、良好的生物相容性和易于制备特性，该平台展示出了巨大的临床转化潜能。

图3 DNase-I/HSA NMs制备及应用

在这项工作中，文章第一作者为南方医科大学附属东莞医院博士后黄伟昌，通讯作者为南方医科大学涂盈锋教授，共同通讯作者为中山大学彭飞教授以及南方医科大学附属东莞医院沈利汉教授。上述研究工作得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目、广东省基础和应用基础研究基金项目以及中国博士后科学基金项目的支持。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202301635?af=R