蛛网膜下腔出血（SAH）是一种严重的脑卒中，常在发病早期就引发“早期脑损伤”（EBI），导致神经功能障碍甚至死亡。这一过程的核心问题包括：剧烈的氧化应激、铁死亡（一种铁依赖的细胞死亡）和失控的神经炎症，尤其是小胶质细胞持续处于“攻击模式”（M1型），不断释放有害因子，形成恶性循环。
基于此，福建医科大学附属第一医院康德智教授、朱阳副研究员研究团队在《Chemical Engineering Journal》杂志发表了“Neutrophil membrane-based biomimetic metal-polyphenol self-assembled nanozyme for the targeting treatment of early brain injury following subarachnoid hemorrhage”揭示了基于中性粒细胞膜的仿生金属-多酚自组装纳米酶用于蛛网膜下腔出血后早期脑损伤的靶向治疗。
本研究利用金属-多酚自组装技术构建了一种仿生纳米酶 Fe-DMY并将其包裹于中性粒细胞膜中形成 NM@Fe-DMY。该纳米酶兼具过氧化氢酶和超氧化物歧化酶样活性，能有效穿透血脑屏障，靶向蛛网膜下腔出血（SAH）后的神经炎症区域。NM@Fe-DMY通过清除活性氧、抑制脂质过氧化、上调谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4），有效阻断铁死亡；同时促进小胶质细胞由促炎M1型向抗炎M2型极化，打破早期脑损伤（EBI）中的神经炎症恶性循环。最终显著改善神经功能与空间记忆，为SAH治疗提供了一种高效、靶向的仿生纳米酶新策略。
图一 Fe-DMY与NM@Fe-DMY的合成
研究人员采用金属-多酚自组装策略，将三价铁离子与天然黄酮类化合物二氢杨梅素（DMY）配位，成功构建了粒径约15 nm的纳米酶Fe-DMY；其X射线光电子能谱显示同时存在Fe³⁺和Fe²⁺，提示具有催化活性。
随后，从大鼠外周血中分离中性粒细胞膜并将其包裹在Fe-DMY表面，形成仿生纳米酶NM@Fe-DMY。透射电镜和SDS-PAGE蛋白图谱证实膜成功包覆，水合粒径增至约180 nm，Zeta电位降低且在溶液中稳定性良好。得益于中性粒细胞膜的“伪装”，NM@Fe-DMY可穿透血脑屏障并靶向聚集于早期脑损伤的神经炎症区域。
功能评估显示，该纳米酶兼具过氧化氢酶和超氧化物歧化酶（SOD）样活性：不仅能高效将过氧化氢分解为无毒氧气，还能以浓度依赖方式清除超氧自由基，显著缓解氧化应激。这些结果表明，NM@Fe-DMY是一种稳定、靶向、双功能的仿生抗氧化纳米酶，在治疗脑损伤中具有广阔应用潜力。
图二 NM@Fe-DMY的体外细胞干预研究
基于体外实验发现NM@Fe-DMY具有显著的细胞保护作用，作者进一步揭示其机制与抑制铁死亡密切相关。在蛛网膜下腔出血（SAH）模型的BV-2（小胶质细胞）和HT-22（神经元）细胞中，活性氧（ROS）水平显著升高，线粒体膜电位崩溃，线粒体出现皱缩，这些都是铁死亡的典型特征。NM@Fe-DMY处理能有效清除ROS，恢复线粒体膜电位，改善线粒体结构并显著抑制脂质过氧化（通过C11-BODIPY探针从绿光向红光的逆转证实）。
Western blot分析显示：NM@Fe-DMY下调促铁死亡蛋白SPHK1、p-mTOR和ACSL4的表达，同时上调抗铁死亡关键分子SLC7A11和GPX4的水平。尤其在HT-22细胞中，其对ACSL4的抑制和对GPX4/SLC7A11的激活效果优于游离二氢杨梅素，表明中性粒细胞膜包覆不仅提升了靶向性，还增强了生物活性。
综上，NM@Fe-DMY通过调控SPHK1/p-mTOR通路及铁死亡核心效应分子，有效阻断脂质过氧化、保护线粒体功能，从而抑制SAH诱导的铁死亡，为早期脑损伤提供多维度保护。
图三 尾静脉注射后NM@Fe-DMY在蛛网膜下腔出血大鼠模型中的生物安全性与生物分布
在蛛网膜下腔出血（SAH）大鼠模型中，研究人员系统评估了NM@Fe-DMY的生物安全性与体内分布。
首先通过大体解剖和苏木精-伊红染色确认各治疗组出血程度一致，确保实验可比性。安全性结果显示：尾静脉注射NM@Fe-DMY后，大鼠血常规、肝肾功能等生化指标无显著异常；溶血率始终低于5%，表明其对红细胞无明显破坏；主要器官组织学检查亦未见病理损伤，证实其良好的生物相容性。在生物分布方面，利用Cy5标记结合小动物活体成像发现，与游离Cy5相比，NM@Fe-DMY在SAH大鼠脑内荧光信号显著增强，尤其富集于炎症区域，体现出中性粒细胞膜介导的血脑屏障穿透能力和炎症靶向性。10小时后器官分布显示，NM@Fe-DMY在大脑中蓄积最多，同时在肝脏和肾脏也有较强信号，提示其可能经肝肾代谢排出，有助于减少体内蓄积和潜在毒性。
综上，NM@Fe-DMY兼具优异的安全性和精准的脑靶向能力，为SAH后早期脑损伤的治疗提供了有前景的纳米策略。
图四 NM@Fe-DMY的体内神经保护作用
研究人员进一步评估了NM@Fe-DMY对SAH大鼠生存预后和神经功能的改善作用。Kaplan-Meier生存分析显示，NM@Fe-DMY治疗显著降低72小时内的死亡率，尤其在实验早期效果更为明显。神经功能评估采用Garcia评分，结果显示：与PBS组和游离二氢杨梅素组相比，NM@Fe-DMY组在48小时和72小时的评分均显著提高，提示其能有效促进神经功能恢复。
在Morris水迷宫测试（）中，排除5只严重偏瘫大鼠后，其余动物均能学习寻找平台。尽管所有组别都表现出一定学习能力，但PBS组从第2天起即出现明显空间学习障碍并在第5天持续恶化。相比之下，NM@Fe-DMY组在第5天的逃避潜伏期和游泳距离均显著优于PBS组和游离二氢杨梅素组。学习改善百分比分析进一步表明，NM@Fe-DMY组在第5天提升最为显著，而游离二氢杨梅素组无明显改善。在后续工作记忆测试（第6–8天）中，仅假手术组表现出显著时间节省，各治疗组间差异不显著。
综合来看，NM@Fe-DMY在SAH后第5天对空间记忆具有明确的改善作用，这很可能源于其通过靶向递送、抗氧化、抗铁死亡和抗炎等多重机制对EBI的综合干预，从而为神经功能和认知恢复奠定基础。
总结
本研究开发了一种中性粒细胞膜包裹的仿生纳米酶 NM@Fe-DMY可靶向穿越血脑屏障，在蛛网膜下腔出血后有效清除活性氧、抑制铁死亡、调控小胶质细胞极化，显著减轻神经炎症，改善生存率、神经功能和认知，为早期脑损伤治疗提供了安全高效的纳米医学新策略。
文章来源：
https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.155643
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