张天宇/马竞/涂召旭团队开发多功能纳米片，治疗脓毒症中炎症相关凝血病

脓毒症（Sepsis）是宿主对创伤和微生物感染的全身炎症反应功能障碍导致的危及生命的器官功能障碍。由于脓毒症发病机制的复杂性和患者病情的异质性，尽管对脓毒症治疗取得了进展，但脓毒症患者的病死率仍然较高。据统计，全世界每年约有4890万人受到脓毒症影响，其中估计有1100万人死亡，占全球年度总死亡人数的近20%。

由脓毒症引起的死亡可能与过度的炎症反应、与炎症相关的凝血障碍、弥漫性血管内凝血（DIC）、微生物感染以及随后的多器官功能衰竭有关。根据当前治疗指南，抗生素和液体支持治疗对于管理脓毒症至关重要，但我们尚未找到真正有效的针对脓毒症引起的凝血障碍和DIC的治疗方法。

2024年5月2日，复旦大学附属眼耳鼻喉科医院张天宇、马竞及中山大学附属第六医院涂召旭等在 Advanced Functional Materials 期刊发表了题为：Modulation of Unregulated Inflammation-Associated Coagulopathy in Sepsis Using Multifunctional Nanosheets 的研究论文。

该研究开发了一种多功能纳米片——BP-G1AMP，在脓毒症小鼠模型中，BP-G1AMP显著抑制了细菌生长，改善全身炎症反应、凝血功能障碍和弥漫性血管内凝血（DIC），从而提高脓毒症小鼠存活率。该研究提出了一种制备多功能纳米片的新策略，该纳米片可改善脓毒症治疗期间的炎症相关凝血，揭示了二维纳米结构在构建多价抗菌和抗凝纳米平台中的重要性。

近年来研究发现，脓毒症进展过程中释放到循环中的中性粒细胞胞外陷阱（NET）和游离DNA（cfDNA）作为一类重要的损伤相关分子模式（DAMP），可诱导模式识别受体（PRR）激活，引发炎症反应和细胞因子风暴，终导致多器官功能衰竭和死亡。

NET是DNA、组蛋白和捕获并杀死病原体的抗菌蛋白的复合物。在脓毒症中，白细胞（主要是粒细胞）是循环cfDNA的主要来源。血浆cfDNA可以通过诱导NET的形成来促进中性粒细胞的NETosis（中性粒细胞的炎性细胞死亡方式），尤其是在损伤部位。此外，cfDNA水平已被确定为脓毒症患者疾病严重程度的可靠预测因素。

凝血功能障碍是脓毒症的另一种常见严重并发症，在与系统性血管内炎症相结合时，它在多器官功能障碍综合征和随后的死亡中也发挥了关键作用。虽然脓毒症患者的凝血激活过程复杂，但越来越多的证据表明，进入血液的循环NET和cfDNA在凝血障碍（尤其是DIC）的发病机制中发挥关键作用。循环NET和cfDNA通过多种途径诱导凝血，主要包括与von Willebrand因子（vWF）释放和组织因子表达相关的途径，以FXII和FXI依赖的方式在体内作为“天然屏障”，通过凝血的固有途径产生凝血酶。凝血酶生成构成凝血级联反应的限速步骤，并作为一种强大的促炎介质发挥作用。虽然脓毒症中的局部血栓被认为是对抗病原体的抗菌基质，但它被特别称为“免疫血栓”。然而，由过度的凝血酶生成引起的持续性炎症和凝血激活，会相互加强并恶化，导致无法控制的血栓激活，这是DIC发展的起初生理阶段。因此，循环中的NET和cfDNA已成为调节炎症和凝血的重要环节和潜在治疗靶点。而目前尚无靶向清除或抑制cfDNA和NET的药物进入临床应用。

在这项新研究中，研究团队提出了一种使用阳离子纳米片结合和清除阴离子性促凝和促炎循环cfDNA和NET，而不阻断常规凝血级联的替代治疗方法，可以避免常见抗凝剂引起的出血风险。

近年来，阳离子生物材料已被广泛应用于从炎症组织中去除cfDNA，以治疗cfDNA相关的炎症性疾病，包括脓毒症。然而，由于NET的分子量和大小远大于cfDNA，因此开发可清除NET的生物材料仍然具有挑战性。作为新兴的生物材料，具有片状纳米结构的2D纳米材料与纳米尺度化合物（例如小细胞外囊泡）具有更稳健的多价相互作用。因此，研究多功能纳米片是否可以用于NET和cfDNA的清除，并进一步抑制NET和cfDNA诱导的失控的炎症和超凝状态，是非常有意义的。

细菌感染是脓毒症的根本原因，并负责启动和维持免疫功能紊乱。随着病原体的入侵和固有免疫反应的过度激活，与脓毒症相关的炎症加剧。抗生素通常用于临床抗细菌治疗，但多重耐药性严重降低了治疗效果。不幸的是，基于抗生素的纳米平台的开发无法完全避免耐药问题。近期，抗菌肽（AMP），特别是HHC36（赖氨酸-色氨酸-色氨酸-赖氨酸-色氨酸-色氨酸-精氨酸-精氨酸），显示出有前景的广谱抗细菌活性。抗菌肽通过静电和疏水相互作用与细菌膜相互作用，从而引起细胞裂解和死亡。有趣的是，抗菌肽修饰的纳米颗粒与细菌膜之间显示出更强的多价相互作用。由于具有片状结构的2D纳米材料具有卷曲和折叠特性，表面积与体积比更高，因此将抗菌肽共价连接到2D纳米片上是治疗脓毒症的抗细菌纳米平台构建的有前途的方法。

在这项新研究中，研究团队首先确认了来自脓毒症患者样本中的cfDNA水平、炎症、凝血和疾病严重程度之间的正相关关系，然后建立了一种脓毒症小鼠模型，并制备了黑磷纳米片（BP nanosheets），随后将聚多巴胺（pDA）修饰到黑磷纳米片上，再偶连第一代聚酰胺-胺（P-G1）以获得BP-G1，下一步将抗菌肽（AMP）-HHC36修饰到BP-G1上以制备多功能纳米片——BP-G1AMP。

典型的二维结构的黑磷具有易于功能化的表面，提供了高比表面积，从而促进了与细菌细胞膜和cfDNA的相互作用，从而实现了增强的抗菌和清除NET和cfDNA的效果。研究团队仔细评估了BP-G1AMP的生物相容性、生物降解性和cfDNA结合能力，还系统性研究了BP-G1AMP在体外的抗炎、抗凝血和抗菌特性。最后在脓毒症小鼠模型中评估了BP-G1AMP在体内的生物降解情况及其治疗效果。

研究结果显示，在脓毒症小鼠模型中，BP-G1AMP显著抑制了细菌生长，改善全身炎症反应、凝血功能障碍和弥漫性血管内凝血（DIC），从而提高脓毒症小鼠存活率。

该研究提出了一种制备多功能纳米片的新策略，该纳米片可改善脓毒症治疗期间的炎症相关凝血，揭示了二维纳米结构在构建多价抗菌和抗凝纳米平台中的重要性。