DNAzyme 水凝胶靶向抑制 NLRP3 通路预防小鼠放射性皮肤损伤：开启放疗新希望

《Journal of Nanobiotechnology》：DNAzyme hydrogels specifically inhibit the NLRP3 pathway to prevent radiation-induced skin injury in mice

为解决放射性皮肤损伤（RISI）预防难题，研究人员开展 DNAzyme（DZ）水凝胶相关研究，发现其能抑制 NLRP3 通路，促进伤口愈合，为 RISI 预防提供新思路。

　　

研究背景：放疗困境与探索

在肿瘤放疗的战场上，皮肤作为首当其冲的 “前沿阵地”，遭受着电离辐射的猛烈攻击。放射性皮肤损伤（RISI）是放疗中极为常见的并发症，就像隐藏在暗处的 “敌人”，给患者带来诸多痛苦。当皮肤吸收的辐射剂量超过 20 - 30 Gy，就可能引发溃疡，其独特的发病阶段，从初期的局部疼痛、瘙痒，到严重时的溃疡、脱皮和感染，甚至可能发展为皮肤组织坏死或癌症，严重影响患者的生活质量。据统计，放疗患者中 RISI 的发生率超 80%，这一数据触目惊心。

目前临床干预手段虽有多种，如涂抹三乙醇胺乳膏、使用抗生素、应用细胞生长因子等，但效果并不理想。一些研究虽探索了生物材料在预防 RISI 中的作用，像 PEG 化超氧化物歧化酶溶解微针贴片、石墨烯氧化物与海藻酸钠等复合制剂，但都未能直击 RISI 的核心发病机制。

深入探究 RISI 的发病机制发现，辐射引发的活性氧（ROS）过度产生是 “罪魁祸首” 之一，它会导致细胞凋亡。而 NOD 样受体热蛋白结构域相关蛋白 3（NLRP3）炎症小体的激活及相关免疫通路的异常，更是推动了炎症反应的 “熊熊烈火”。不过，NLRP3 在治疗 RISI 时面临皮肤穿透性差、核酸分子不稳定易降解等难题。此时，DNA 水凝胶凭借其优良特性进入了研究人员的视野，结合 ZIF - 8 和 TAT，有望为 RISI 的治疗开辟新路径。

研究开展：科研团队的攻关之路

西部战区总医院肿瘤科等研究机构的研究人员，为攻克 RISI 的难题，展开了一项极具创新性的研究。他们旨在设计一种能靶向抑制 NLRP3 过表达的 DNAzyme（DZ）水凝胶，通过一系列复杂的操作，如运用生物信息学、分子动力学和凝胶电泳等方法筛选出最佳的 NLRP3 - DZ，将其封装在 ZIF - 8 中，再连接 TAT 跨膜肽，成功制备出 NLRP3 - DZ@ZIF - 8/TAT。

研究中用到的主要关键技术方法包括：一是细胞实验，选用 HaCaT 细胞构建体外细胞模型，设置不同处理组，通过 CCK - 8 法检测细胞活力、细胞染色观察细胞形态变化、划痕实验评估细胞迁移能力、抗菌实验检测抗菌功能、流式细胞术分析细胞凋亡、蛋白质免疫印迹法（Western Blot）检测 NLRP3 表达；二是基因和 mRNA 表达测序，提取细胞总 RNA，构建测序文库并进行测序，利用相关数据库进行注释和分析；三是小鼠实验，建立小鼠 RISI 模型，设置多个实验组，通过测量伤口面积评估愈合效果，进行组织病理学染色和免疫荧光染色观察组织变化。

研究结果：关键发现与突破

1. NLRP3 - DZ 的设计与验证：研究人员精心挑选了具有特定特征的 NLRP3 - DZ 序列，通过分子模拟和凝胶电泳验证，该序列能在锌离子存在下有效切割 NLRP3 底物，1 小时内可实现 5 倍有效降解。
2. NLRP3 - DZ@ZIF - 8/TAT 水凝胶的特性：经多种检测手段分析，该水凝胶呈现出独特的结构和良好的性能。其粒子尺寸在 50 - 100 nm，具有较高的包封率（约 71%）和载药率（约 9%），zeta 电位适宜，且在 FTIR 光谱和 XRD 分析中呈现出与预期相符的特征，表明成功制备且结构稳定。
3. 对 RISI 细胞模型的影响：体外细胞实验表明，NLRP3 - DZ@ZIF - 8/TAT 水凝胶具有高生物安全性。它能有效抑制 NLRP3 表达，促进辐射后 HaCaT 细胞的迁移，抑制细胞凋亡，还对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）和大肠杆菌有抑制作用。
4. 对 HaCaT 细胞基因组学的影响：通过基因表达谱分析发现，辐射会引起 HaCaT 细胞基因表达的显著变化，而 NLRP3 - DZ@ZIF - 8/TAT 能调节相关 mRNA 通路。GO 和 KEGG 分析显示，其作用涉及炎症反应、氧化应激、脂肪酸代谢等多个重要过程和通路。
5. 对 RISI 小鼠模型的作用及机制：在小鼠 RISI 模型实验中，NLRP3 - DZ@ZIF - 8/TAT 表现出色。它能有效减轻小鼠的 RISI 症状，缩小伤口面积，缩短愈合时间，恢复小鼠体重。组织病理学和免疫荧光染色结果表明，该水凝胶可调节与凋亡、氧化应激和炎症反应相关的蛋白，抑制 NLRP3 表达，促进伤口愈合。

研究结论与意义：成果总结与展望

研究人员成功制备了 NLRP3 - DZ@ZIF - 8/TAT 水凝胶，通过体内外实验全面验证了其在预防 RISI 方面的显著效果。体外细胞模型显示，该水凝胶具备高生物安全性，能有效抑制 NLRP3 表达，促进细胞迁移、抑制凋亡并具有抗菌功能。基因组学分析揭示其通过调节相关 mRNA 通路发挥作用。小鼠实验进一步证实，它可通过调控与凋亡、氧化应激和炎症反应相关的蛋白，促进伤口愈合。

这项研究成果为 RISI 的预防提供了全新的策略和方向，为放疗患者带来了新的希望。未来，研究人员计划在进一步完善相关研究的基础上，积极开展 I 期临床研究，推动该成果从实验室走向临床应用，让更多患者受益。它不仅为解决放疗中 RISI 这一棘手问题提供了潜在方案，也为生物材料在医学领域的应用开拓了新的思路，有望在未来的肿瘤治疗中发挥更大的作用。