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浙江大学毛峥伟教授团队在最近的研究中发现多酚类物质和单宁酸（TA）可以介导多酚/抗氧化酶复合物（TSC）靶向线粒体用于过量活性氧（ROS）的清除，进而达到抑制细胞焦亡缓解炎症的目的。该团队针对这一现象进行了深入的机制研究，探索了TSC与线粒体结合的方式以及TSC进入细胞的途径和溶酶体逃逸的能力，并研究了TSC在细胞和疾病动物模型层面的治疗效果，该研究成果“Mitochondrial-targeted Delivery of Polyphenol-Mediated Antioxidases Complexes against Pyroptosis and Inflammatory Diseases”发表在《Advanced Materials》上。 研 究 背 景 细胞焦亡是近年来引起广泛关注的一种程序性细胞死亡，其主要特征是Gasdermin家族诱导细胞膜孔的形成最终导致细胞裂解以及细胞内促炎细胞因子的释放，典型的焦亡过程是由核苷酸结合寡聚结构域样受体(NLRs)形成的炎性小体复合物被激活，促进caspase-1的激活，从而导致Gasdermin D的裂解，启动焦亡细胞死亡和随后的免疫反应。近年来研究发现，细胞焦亡在多种炎症性疾病的发展中起促进作用，因此对焦亡的干预是治疗这些炎症性疾病的一种很有前途的方法。 活性氧（ROS）在细胞内主要由线粒体产生，是有氧呼吸的副产物，是维持细胞内氧化还原平衡的生理细胞信号，当细胞内氧化还原平衡被打破时会导致线粒体ROS（mtROS）的积累，这大大促进了疾病的发病。研究表明，mtROS的产生是激活NLRP3/caspase-1通路刺激焦亡的关键上游事件，所以清除mtROS对减弱细胞焦亡具有潜在作用。 清除ROS的化合物主要分为三类：抗氧化小分子、人工纳米酶以及天然抗氧化酶，其中最有效的就是天然抗氧化酶，超氧化物歧化酶和过氧化氢酶的组合可以实现级联催化，将毒性的ROS转化为无毒的水和氧气。然而，天然酶细胞内化不足难以到达产生ROS相关位点的缺点也十分明显。 富含酚羟基基团的多酚可以通过多种非共价相互作用，如氢键、疏水和静电相互作用与蛋白质结合，研究表明，结合后的复合物能够靶向递送到线粒体。因此，可以设计一个多酚介导的线粒体靶向传递系统，特异性地传递抗氧化酶SOD和CAT对抗mtROS，随后治疗炎症性疾病。 研 究 思 路 研究首先探索合成的TSC靶向线粒体的能力以及可能机制，然后在体外对TSC的结构进行表征，研究其在体外的抗氧化能力和结构稳定性。在细胞层面验证TSC清除ROS和抑制细胞焦亡的能力。在进行动物试验前探索TSC的生物分布和药物代谢动力学，最终在两种诱导剂诱导的急性肝损伤模型中证明TSC的治疗效果。 文 章 要 旦 1、流式细胞术检测TSC与线粒体的结合情况，共聚焦显微镜对TSC和线粒体进行共定位。通过磁珠连接单宁酸（TA）分选与TA结合的线粒体蛋白质，并通过GO分析筛选。实验证明TSC能够通过结合线粒体表面膜蛋白成功靶向线粒体。  图1 多酚介导的线粒体靶向作用及其机制 2、体外对TSC的结构表征，以及与游离酶酶活的对比。实验证明TSC在体外能够稳定存在，且清除ROS的酶活与游离酶没有明显差异。  图2 ROS清除活性及稳定性 3、细胞层面通过流式细胞术验证TSC清除ROS、保护线粒体以及抑制细胞焦亡的能力，通过western blot验证TSC对细胞焦亡相关蛋白的抑制。实验证明，TSC能够有效的清除ROS保护细胞免受细胞焦亡的影响。  图3 靶向清除mtROS和焦亡抑制 4、TSC在小鼠体内的生物分布以及药物代谢动力学  图4 静脉注射后TSC的生物分布 5、TSC对对乙酰氨基酚诱导的急性肝损伤小鼠的治疗效果，证明TSC的有效性。  图5 对小鼠肝损伤的治疗作用 6、TSC对LPS/D-gal诱导的急性肝衰竭小鼠的治疗效果，证明TSC的有效性。  图6 对急性肝衰竭的治疗效果 结 论 总 结 该研究成功制备了多酚介导的SOD和CAT自组装纳米复合物TSC，该复合物能够进行线粒体靶向清除mtROS。这种高效的靶向线粒体的机制源于多酚TA对线粒体外膜上两种最丰富的蛋白质VDAC和TOM的亲和力。这种高效的靶向清除mtROS能够抑制细胞焦亡的发展，并阻止炎症反应的激活。在对乙酰氨基酚诱导的急性肝损伤和LPS/ d -gal诱导的急性肝衰竭模型中，线粒体靶向TSC均表现出优于临床给药的治疗效果。TSC是一种很有前途的干预焦亡治疗各种炎症性疾病的候选者。 https://onlinelibrary./doi/abs/10.1002/adma.202208571 |
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