自靶向Zn2+-没食子酸的简易合成纳米花特异性粘附和消除 革兰氏阳性细菌

　　背景：

　　为了实现金属离子的体内灭菌，制造合适的载体来递送金属离子以避免蛋白质在循环过程中失活至关重要。金属离子的稳定需要适当的配体，例如羰基、羟基或氨基。含有丰富苯酚基团的多酚是通过形成金属-多酚网络来稳定过渡金属离子的主要候选者，在金属离子的递送中显示出巨大的潜力。然而，据我们所知，文献中只报道了球形金属多酚颗粒。制备具有更大比表面积的异形金属多酚纳米颗粒以增强与细菌的相互作用可能非常有前途。

　　为了增强治疗效果，通过偶联靶向配体(如抗菌肽)、噬菌体、硼酸、万古霉素等。然而，靶向配体的偶联是一个耗时的过程。在没有额外靶向配体的情况下具有内在靶向能力的自靶向纳米颗粒可能更有望增强纳米颗粒与细菌细胞之间的相互作用。革兰氏阳性菌的特征在于由肽聚糖和相互渗透的磷壁组成的致密而厚的细胞壁。磷壁酸在D-丙氨酸的N端含有丰富的游离氨基，是细菌标记的理想靶向位点。能够与磷壁酸氨基特异性结合的纳米颗粒可能具有对革兰氏阳性菌的自靶向能力，这可以被认为是设计用于递送杀菌剂的自靶向纳米颗粒的重要方向。

　　方法：报告了一种构建Zn2+-具有花状结构的没食子酸(GA)纳米复合物的简单方法，用于治疗MRSA诱导的细菌性角膜炎，其显示出特异性粘附和消除革兰氏阳性菌的自靶向能力。由于酸性感染组织中的没食子酸纳米花(ZGNF)，使Zn2+-多酚网络的分解可以从释放出Zn2+。得益于大比表面积和表面暴露的醌残基，ZGNFs与磷壁酸的氨基显示出很强的亲和力，而磷壁酸只存在于革兰氏阳性菌的细胞壁上。因此，ZGNFs可以特异性地粘附在多种革兰氏阳性菌上。构建了MRSA诱导的角膜炎来评估ZGNF在体内的抗菌效果。

　　图1. a) Illustration of the synthetic process of ZGNFs and interaction with gram-positive bacteria. b) The advantages of ZGNFs in curing a Gram-positive bacterial keratitis compared with free Zn2+。

　　结果：如图6a所示，MRSA感染的角膜表现出临床细菌性角膜炎的典型症状，包括致密混浊和化脓，临床总分超过10分(图6f)。使用第3天和第5天的没食子酸角膜仍存在感染症状。然而，单次给药ZGNFs后，化脓在第3天几乎消失，临床总分降至4.细菌计数结果还显示，在ZGNFs治疗组中，>99%的MRSA在第3天被消除(图6e)。在第7天，ZGNFs治疗的角膜几乎恢复，而其他对照组的角膜上仍可观察到划痕。如图6b所示，MRSA感染角膜中的红色荧光在前4小时内几乎保持不变，并在随后的8小时内缓慢下降。24小时后，在眼睛中仍可观察到ROH-ZGNFs的强红色荧光。相比之下，在假感染模型中，红色荧光在第一个小时内迅速减弱，表明在没有MRSA定植的情况下，ZGNFs在角膜中的保留率较低。在不同时间点收获的角膜的SEM图像也证实了ZGNFs在MRSA感染角膜中的增强保留(图6c)。在角膜炎模型中，12 h后在MRSA周围观察到大量ZGNFs，而在假感染模型中，4 h后几乎找不到ZGNFs。

　　Figure 6. In vivo MRSA induced keratitis model. a) Representative slit-lamp micrograph images of mouse eyeballs with different treatments from 1 to 7 days. b) Fluorescence imaging of eyeballs at set intervals to evaluate the retention of RHO-ZGNFs in a MRSA-induced keratitis model and sham infection. c) SEM images of cornea taken at the same time points of (b). Scale bar: 200 nm. d) Remaining percent of Zn2+ in the corneas at set intervals for Zn2+ and ZGNFs treated groups. e) Counting of MRSA CFU in the corneas with different treatments at day 3. f) Clinical score of eyeballs with different treatments at day 1. 3. 5. and 7. respectively. g) H&E staining of the corneas with different treatments. h) TNF-𝛼 immunohistochemical staining of corneas.

　　结论：构建了一种简单的水热法来获得纳米级的Zn2+-具有花状结构的没食子酸络合物(ZGNFs)。ZGNF由随机分布组成Zn2+-没食子酸纳米晶，在水溶液中稳定，在高盐或酸性环境中易分解。由于ZGNFs的醌残基与革兰氏阳性菌磷壁酸的伯氨基残基之间的相互作用，ZGNFs对革兰氏阳性菌表现出很强的亲和力。对各种革兰氏阳性菌释放赋予ZGNFs高杀菌率。形态学和转录组研究表明，ZGNFs通过多个方面影响MRSA的增殖，包括代谢紊乱、细胞壁和结构损伤。由于ZGNFs的自靶向能力，ZGNFs可以在感染的角膜部位保留超过12 h，而游离Zn2+在1小时内完全清除。由于ZGNFs快速消除MRSA，ZGNFs治疗组的感染角膜恢复迅速。总的来说，我们提出了一种制备具有花状形态的金属多酚纳米颗粒的创新方法。Zn2+-没食子酸纳米花可作为新型用于治疗革兰氏阳性菌感染的递送系统。

　　确认

　　参考来源：Huang Y, Chen Y, Lu Z, et al. Facile Synthesis of Self‐Targeted Zn2+‐Gallic acid Nanoflowers for Specific Adhesion and Elimination of Gram‐Positive Bacteria[J]. Small, 2023. 19(43): 2302578.