无金属黑色素纳米酶用于肝纤维化治疗

doi:10.7503/cjcu20230411

高等学校化学学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (1): 20230411.doi: 10.7503/cjcu20230411

无金属黑色素纳米酶用于肝纤维化治疗

李婷婷¹^,², 岳彩凤¹, 霍媛青¹, 纪慧芳¹, 张瑞平³()

^1.山西医科大学药学院, 太原 030001
^2.山西医科大学第三医院, 山西白求恩医院, 山西医学科学院, 同济山西医院, 太原 030032
^3.山西省人民医院放射科, 山西医科大学第五医院, 太原 030012

收稿日期:2023-09-15 出版日期:2024-01-10 发布日期:2023-11-21
通讯作者: 张瑞平 E-mail:zrp_7142@sxmu.edu.cn
基金资助:
中国博士后科学基金(2022M722001);山西省自然科学研究面上项目(202103021224241);山西医科大学校博士启动基金(03201529)

Metal-free Melanin Nanoenzymes for the Treatment of Liver Fibrosis

LI Tingting¹^,², YUE Caifeng¹, HUO Yuanqing¹, JI Huifang¹, ZHANG Ruiping³()

^1.College of Pharmacy，Shanxi Medical University，Taiyuan 030001，China
^2.the Third Hospital of Shanxi Medical University，Shanxi Bethune Hospital，Shanxi Academy of Medical Science，Tongji Shanxi Hospital，Taiyuan 030032，China
^3.The Radiology Department of Shanxi Provincial People’s Hospital，the Fifth Hospital of Shanxi Medical University，Taiyuan 030012，China

Received:2023-09-15 Online:2024-01-10 Published:2023-11-21
Contact: ZHANG Ruiping E-mail:zrp_7142@sxmu.edu.cn
Supported by:
the China Postdoctoral Science Foundation(2022M722001);the Natural Science Foundation of Shanxi Province, China(202103021224241);the Startup Foundation for Doctors of Shanxi Medical University, China(03201529)

摘要/Abstract

摘要：

以5,6-二羟基吲哚为单体, 通过自由基聚合反应合成了无金属黑色素纳米酶(MeNPs), 并探究了其治疗肝纤维化的作用. 结果表明, MeNPs纳米酶为单分散球形结构, 粒径为(91.3±2.6) nm, 具有类超氧化物歧化酶(SOD)和类过氧化氢酶(CAT)活性, 其催化活性遵循典型的Michaelis-Menten动力学, Michaelis-Menten常数(K_m)和最大反应速度(V_max)分别为1.01 mmol/L和8.49×10^-6 mol/(L·s). 细胞计数试剂盒（CCK-8）等体外细胞实验结果证实MeNPs对H₂O₂诱导的氧化应激具有细胞保护作用. 经MeNPs纳米酶治疗的肝纤维化小鼠的炎症因子 IL-6, TNF-α, IL-1β和趋化因子CXCL-1水平显著降低; 肝脏损伤指标ALT, AST和肝组织H&E染色均显示MeNPs干预肝纤维化的良好疗效. 本文研究结果对于构建安全、高效的自由基清除纳米酶具有一定的指导意义, 也为肝纤维化的治疗提供了理论依据和物质基础.

关键词: 黑色素, 无金属纳米酶, 类超氧化物歧化酶, 类过氧化氢酶, 肝纤维化

Abstract:

Metal-free Melanin nanoenzymes（MeNPs） were synthesized via the free radical polymerization of 5，6-dihydroxyindole as monomer， and its therapeutic effect on liver fibrosis was explored. The results showed that the MeNPs nanoenzymes had monodisperse spherical structure with a particle size of （91.3±2.6） nm， with superoxide-like dismutase（SOD） and catalase-like（CAT） activities， and their catalytic activities followed typical Michaelis-Menten kinetics with Michaelis-Menten constant（K_m） and maximum reaction velocity（V_max） of 1.01 mmol/L and 8.49×10^-6 mol/（L·s）， respectively. In vitro cell experiments such as cell counting kit-8（CCK-8） confirmed that MeNPs had cytoprotective effects on H₂O₂-induced oxidative stress. Inflammatory factors IL-6， TNF-α， IL-1β and chemokine CXCL-1 were significantly reduced in the mouse model of liver fibrosis treated by MeNPs nanoenzymes. Liver damage indexes ALT， AST and H&E staining of liver tissue showed the good efficacy of MeNPs in liver fibrosis. The research has guiding significance for the construction of safe and efficient free radical scavenging nanoenzymes， and also provides a theoretical basis and material basis for the treatment of liver fibrosis.

Key words: Melanin, Metal-free nanoenzyme, Superoxide-like dismutase, Catalase-like, Liver fibrosis

中图分类号:

O623

TrendMD:

李婷婷, 岳彩凤, 霍媛青, 纪慧芳, 张瑞平. 无金属黑色素纳米酶用于肝纤维化治疗. 高等学校化学学报, 2024, 45(1): 20230411.

LI Tingting, YUE Caifeng, HUO Yuanqing, JI Huifang, ZHANG Ruiping. Metal-free Melanin Nanoenzymes for the Treatment of Liver Fibrosis. Chem. J. Chinese Universities, 2024, 45(1): 20230411.

图/表 7

Fig.1 Characterization of MeNps（A） TEM image；（B） dynamic light scattering（DLS） result of MeNPs in water；（C） Zeta potentials of MeNPs in different solvents；（D） UV-Vis spectra of samples at varied concentrations， the inset figure is a digital photograph of samples at varied concentrations；（E） FTIR spectra of DHI and MeNPs；（F） size of MeNPs in different solvents.

Fig.2 MeNPs catalyze the elimination of reactive oxygen species（A） Clearance efficiency of MeNPs on H2O2；（B） clearance efficiency of MeNPs on O2·-；（C） clearance efficiency of MeNPs on ABTS·；（D） increased decomposition rates of H2O2 into H2O and O2 with various concentration of H2O2（n=3 in each group）； Michaelis-Menten kinetic analysis（E） and lineweaver-Burk plot（F） for MeNPs with H2O2 as a substrate（n=3 in each group）， data are represented as mean±SD.

Fig.3 Cytoprotective effect of MeNPs against oxidative stress in vitro（A， A′） Cell viability of LO2 and AML12 cells after treatment with MeNPs at different concentrations（n=3 in each group）；（B， B′） cell viability of LO2 and AML12 cells after treatment with H2O2 at different concentrations（n=3 in each group）；（C， C′） cell viability of H2O2（600 μmol/L） co-incubated LO2 and AML12 cells after different concentrations of MeNPs treatment（n=3 in each group）；（D） CLSM images of LO2 or AML12 cells stained with DCFH-DA and DAPI after different treatments.

Fig.4 Serum levels of AST(A) and ALT(B) under different conditions

Fig.5 H&E staining of liver tissues

Fig.6 Anti⁃inflammatory effect of MeNPs in vitroLevels of IL-6（A）， TNF-α（B）， IL-1β（C） and CXCL1（D） secreted by mice with liver fibrosis after treatment with PBS and MeNPs； data are represented as mean±SD； *P<0.05， **P<0.01， ***P<0.001.

Fig.7 Biosafety of MeNPs（A） Biodistribution of MeNPs in mice（n=3） at 2， 4， and 24 h after injection；（B） the accumulative MeNPs levels in feces and urine（n=3）； the feces and urine were collected from 30 to 168 h post MeNPs injection；（C） body weight changes of mice（n=3） 20 d after tail vein injection of MeNPs；（D） blood routine examination results of mice treated with saline（control） and MeNPs； compared with the control group， all the parameters in the MeNPs treated groups did not show any significant differences， indicating that the MeNPs do not cause obvious infection and inflammation in the treated mice；（E） H&E stained images of major organs of mice.

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