广西师大沈星灿教授、蒋邦平教授、梁宏教授团队：二价阴离子驱动溶菌酶凝胶化的普适性策略及其免疫记忆抗糖尿病伤口感染复发

2024-09-09 来源：高分子科技

在由病原体引起的感染中，糖尿病伤口作为最常见的糖尿病相关并发症，是导致住院和下肢截肢的最大临床挑战之一。此外，抗菌溶菌酶水凝胶因其固有的抗菌活性、优异的生物化学和机械性能而在伤口敷料中显示出诱人的优势。不幸的是，由于缺乏通用的凝胶化策略，这种水凝胶的发展仍然受到很大的限制。

近日，广西师范大学沈星灿教授、蒋邦平教授、梁宏教授团队发现了溶菌酶纳米纤维(LZF)与无机盐之间的普适性凝胶化策略来构建功能性水凝胶。分子动力学模拟进一步证明了静电相互作用在二价阴离子驱动的LZF聚集过程中的关键作用。随后，利用天然生物交联剂京尼平对LZF骨架进行修饰，制备具有优异近红外吸收性能的京尼平共轭LZF (GLZF)。这种吸收特性可以通过光热转换增强溶菌酶对多重耐药菌的非抗生素抗菌活性。作为一个独特的应用范例，构建了新颖的免疫记忆MnSO₄交联GLZF水凝胶(GLZF-MnSO₄)，以防止糖尿病伤口中多重耐药细菌的感染复发。这种水凝胶可以敏化cGAS-STING途径，促进树突状细胞成熟和T细胞活化，从而建立抗菌免疫记忆微环境。该工作以“A universal gelation strategy of bivalent anions to construct nanofibrous lysozyme hydrogels for immunomemory anti-recurrence of diabetic wound infection by activating the cGAS-STING pathway”为题发表在《Aggregate》上（Aggregate 2024, e662）。

图1. 用于制备功能性无机盐杂化纳米纤维溶菌酶水凝胶的通用凝胶化策略的示意图，及其通过Mn²⁺敏化的cGAS-STING途径激活先天免疫的免疫记忆抗糖尿病伤口感染复发的独特应用范例。

通过结合FT-IR光谱，Zeta电位和分子动力学模拟，证明了二价阴离子普适性的凝胶策略的成凝机理是LZF上赖氨酸位点的NH₃⁺与二价阴离子之间的静电相互作用（图2）。

图2. 水凝胶成凝机理的表征。

溶菌酶是一种广泛存在的天然蛋白质，被认为是缓解抗生素治疗引起的细菌耐药性问题的潜在替代物，但其抗菌活性还是比较低。利用天然生物交联剂京尼平对LZF骨架进行修饰，制备具有优异近红外吸收性能的京尼平共轭LZF (GLZF)。这种吸收特性可以通过光热转换增强溶菌酶对多重耐药菌的非抗生素抗菌活性并保留其独有的生物相容性（图3）。

图3. 水凝胶的细胞毒性和光增强抗菌活性。

在生物体中，干扰素基因刺激剂(STING)是对抗病原微生物的一种重要的先天免疫屏障。然而，目前对螫伤相关免疫疗法的探索主要集中在抗病毒和抗肿瘤方面。在本研究中，通过构建Mn²⁺敏化的免疫调节水凝胶，开创性地利用了cGAS-STING途径来预防糖尿病伤口多重耐药菌感染的复发。这种水凝胶可以敏化cGAS-STING途径，促进树突状细胞(DC)成熟和T细胞活化，建立抗菌免疫微环境（图4）。当小鼠二次感染后，成熟的DC、活化的中枢记忆T细胞和效应记忆T细胞在再感染模型中分别增加到3.1、4.0和4.1倍（图5）。

图4. 锰基LZF水凝胶通过促进树突状细胞(DC)成熟和T细胞活化，建立抗菌免疫微环境。

图5. 二次感染后成熟的DC、活化的中枢记忆T细胞和效应记忆T细胞在再感染模型中分别增加，并实现了有效的细菌感染抑制。

原文链接:https://doi.org/10.1002/agt2.662

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