顶刊新篇！Advanced Functional Materials | 微针集成催化纳米清扫器可实现富集驱动的游离DNA清除，用于银屑病治疗

异常的细胞外游离DNA（cfDNA）积累通过激活cGAS-STING通路并放大氧化应激，维持银屑病中的慢性炎症。然而，现有疗法主要靶向下游细胞因子，而无法消除上游的核酸触发因素。本文设计了一种微针集成的催化纳米清扫器，用于在银屑病皮损内进行局部且持续的cfDNA催化清除。该纳米清扫器通过将聚花青素包覆的氧化铈纳米酶（PCeN）嵌入带正电荷的氨基化介孔生物活性玻璃纳米颗粒（AMBN）中构建而成，形成一个富集催化纳米界面。AMBN框架通过静电作用将cfDNA富集在纳米颗粒界面，而受限的PCeN随后通过磷酸酶样活性切割cfDNA的磷酸二酯骨架，同时通过超氧化物歧化酶和过氧化氢酶样功能恢复氧化还原稳态。这种空间耦合的富集-催化机制将瞬时核酸隔离转化为持续的催化裂解，有效破坏了炎症-氧化应激反馈回路。该平台整合到可溶解的微针中，实现了高效的皮内递送和催化活性在角化过度病变内的限制，从而抑制了cfDNA-cGAS-STING轴，促进了免疫重编程，并使咪喹莫特诱导的银屑病小鼠的表皮恢复正常。总而言之，这项研究提供了一种基于催化纳米材料的方法来调控核酸驱动的炎症，并可能为治疗银屑病和其他cfDNA相关的炎症性皮肤病提供一种潜在策略。

该研究以题为“Microneedle‐Integrated Catalytic Nanosweepers Enable Enrichment‐Driven Clearance of Cell‐Free DNA for Psoriasis Management”发表在Advanced Functional Materials上。

图1

微针集成催化纳米酶平台（PCeAN MNs）用于银屑病治疗的设计与应用示意图。(a) 通过聚花青素包覆的CeO₂纳米酶在胺化介孔生物活性玻璃纳米颗粒内静电组装制备PCeAN。(b) PCeAN的功能机制，显示cfDNA的静电富集、磷酸二酯键的磷酸酶样切割，以及用于调节活性氧的超氧化物歧化酶样和过氧化氢酶样活性。(c) 通过可溶性微针将PCeAN透皮递送至银屑病皮损。(d) 局部cfDNA降解和氧化还原调节减弱银屑病中cGAS-STING信号、氧化应激和炎症反应的拟议机制。

图2

PCeAN的结构表征与催化活性。(a) PCeAN合成过程示意图。(b) AMBN和PCeAN的TEM图像。(c) PCeAN的EDS元素分布图。(d) MBN、AMBN和PCeAN的流体力学直径分布。(e) MBN、CeO₂ NPs、PCeN、AMBN和PCeAN的Zeta电位（n=3）。(f) PCeAN的XRD图谱。(g) PCeAN的高分辨Ce 3d XPS谱图。(h) PCeAN对CpG富集和催化切割的示意图。(i) CpG与CeO₂ NPs、PCeN、AMBN和PCeAN在37°C孵育3小时后的琼脂糖凝胶电泳图像。(j) CeO₂ NPs、PCeN、AMBN和PCeAN的CpG吸附率（n=3）。(k) CpG与CeO₂ NPs、PCeN、AMBN和PCeAN孵育后钼蓝法中660 nm处吸光度。吸光度反映切割相关磷酸根离子释放，用作相对CpG切割活性的间接指标（n=3）。(l) CeO₂ NPs、PCeN、AMBN和PCeAN孵育24小时后的ABTS•⁺清除率（n=3）。(m) CeO₂ NPs、PCeN、AMBN和PCeAN孵育30分钟后的•OH清除率（n=3）。(n) SOD样活性示意图及孵育5分钟后相应的•O₂⁻清除率（n=3）。(o) PCeAN的CAT样活性示意图。(p) 孵育30分钟后的H₂O₂清除率（n=3）。(q) 在H₂O₂（100 mM）存在下时间依赖性O₂产生曲线。(r) PCeAN的CAT样活性示意图。数据以均值±SD表示。

图3

PCeAN对CpG诱导的氧化应激、炎症信号、角质形成细胞过度增殖及巨噬细胞-角质形成细胞相互作用的影响。(a) 细胞摄取和共定位实验示意图。(b) 孵育5小时后RAW 264.7巨噬细胞溶酶体中Cy5标记CpG和FITC标记纳米颗粒的细胞内共定位CLSM图像。(c) 基于CLSM图像的Cy5标记CpG摄取定量（n=3）。(d) PCeAN对CpG富集和切割的示意图。(e) PCeAN介导减弱RAW 264.7巨噬细胞中CpG诱导氧化应激的示意图。(f) DCFH-DA染色检测RAW 264.7巨噬细胞中细胞内ROS荧光信号。绿色：细胞内ROS。(g) 不同处理条件下DCF阳性面积的定量（n=3）。(h) IMQ刺激HaCaT细胞模型示意图。(i) 不同处理24小时后HaCaT细胞的细胞周期分布及(j)相应定量（n=3）。(k) 用于评估巨噬细胞向LPS刺激HaCaT细胞迁移的Transwell共培养系统示意图。(l) 处理6小时后迁移的RAW 264.7巨噬细胞代表性图像及(m)定量（n=3）。(n) 用于评估CpG刺激巨噬细胞存在下HaCaT细胞周期变化的Transwell共培养系统示意图。(o) 处理24小时后下室Transwell中HaCaT细胞的细胞周期分布及(p)相应定量（n=3）。数据以均值±SD表示。(c、g和m)中统计学分析采用单因素方差分析及Tukey多重比较检验。(j、p)中统计学分析采用双因素方差分析及Tukey多重比较检验。p < 0.05认为差异有显著性。

图4

PCeAN微针的制备、力学表征及体外生物学评价。(a) 制备过程示意图。(b) PCeAN微针阵列的数码照片。(c) 不同放大倍数下PCeAN微针的SEM图像。(d) FITC标记PCeAN微针的代表性3D CLSM图像。(e) PCeAN微针插入琼脂糖凝胶后不同时间点溶解行为的光学图像。(f) 力学测试示意图。(g) 压缩前后微针尖端的显微图像。(h) 空白微针和PCeAN微针的压缩力-位移曲线。(i) 单针断裂力（n=3）。(j) PCeAN微针插入3分钟后小鼠背部皮肤切片的H&E染色。(k) 代表性3D CLSM图像显示FITC-PCeAN微针以不同深度穿透猪皮肤。(l) 微针移除后指定时间点小鼠背部皮肤照片。(m) 与微针提取物（8 mg mL⁻¹）孵育24小时后RAW 264.7巨噬细胞的活/死染色图像。(n) 相同条件下RAW 264.7巨噬细胞的细胞活力（n=4）。(o) 在LPS和H₂O₂存在下，用不同微针提取物处理的RAW 264.7巨噬细胞的细胞内ROS染色图像。(p) DCF阳性面积的定量（n=3）。(q) 用不同微针提取物处理24小时后，LPS刺激的RAW 264.7巨噬细胞中iNOS（绿色）和CD206（红色）的免疫荧光染色。(r) M1/M2比值的定量（n=3）。数据以均值±SD表示。统计学分析在(n、p和r)中采用单因素方差分析及Tukey多重比较检验。p < 0.05认为差异有显著性。

图5

总结

银屑病中异常积累的细胞外游离DNA通过激活cGAS-STING通路和放大氧化应激维持慢性炎症，但现有疗法只针对下游因子。我们构建了微针集成的催化纳米清扫器：将聚花青素包覆的氧化铈纳米酶嵌入氨基化介孔生物活性玻璃，利用静电作用将游离DNA富集于界面，再由纳米酶以磷酸酶样活性切割其骨架，同时通过超氧化物歧化酶和过氧化氢酶样功能恢复氧化还原平衡。富集与催化空间耦合，将瞬时核酸隔离转化为持续裂解，阻断炎症-氧化应激反馈环。

参考文献：

DOI:10.1002/adfm.79110

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