研究背景与意义

幽门螺杆菌（H. pylori）是全球最常见的慢性细菌感染之一，也是胃癌的最主要风险因素。世界卫生组织（WHO）已将其列为全球优先对抗的抗生素耐药细菌之一。目前，幽门螺杆菌感染的治疗主要依赖抗生素，但抗生素耐药性问题日益严重，且传统抗生素疗法常影响肠道菌群平衡，引发多种肠道疾病。因此，开发一种能够选择性清除幽门螺杆菌、减少耐药性风险且不影响肠道共生菌群的新型疗法具有重大临床意义。

纳米酶作为一种新型的抗菌剂，因其独特的催化活性、高稳定性、可调节的物理化学性质和环境响应性，在生物医学领域展现出巨大潜力。本研究中，研究团队巧妙地设计了一种基于普鲁士蓝类似物的多功能级联纳米酶（FPB-Co-Ch NPs），旨在通过模拟多种酶的活性，实现对幽门螺杆菌的高效、精准打击。

图1. FPB-Co-Ch NPs系统的制备及其杀灭幽门螺旋杆菌的机制示意图。

结果与讨论

级联纳米酶 FPB-Co-Ch NPs 的合成与表征

研究团队首先成功合成了普鲁士蓝类似物（FPB NPs），并对其进行了详细的形貌和结构表征。透射电子显微镜（TEM）观察显示，FPB NPs 具有光滑的表面和均匀的立方体结构。为进一步增强其氧化酶和过氧化物酶模拟活性，研究团队通过水浴反应在 FPB NPs 表面修饰 Co3O4 纳米颗粒（FPB-Co NPs）。动态光散射（DLS）分析表明，FPB-Co NPs 的平均流体动力学直径从 FPB NPs 的 60 纳米增加到 160 纳米。X 射线衍射（XRD）和 X 射线光电子能谱（XPS）分析确认了 Co3O4 成功修饰在 FPB NPs 表面，并且未改变 FPB NPs 的晶体结构。

pH 响应的氧化酶 / 过氧化物酶模拟活性

实验结果显示，FPB-Co NPs 在模拟胃液（pH 1.3）中展现出显著的氧化酶模拟活性，能够快速催化 3,3′,5,5′-四甲基联苯胺（TMB）的氧化反应，产生特征性的黄色（TMB2+），并且其催化活性在 pH 1 时最强。相比之下，在模拟肠液（pH 7.0）中，FPB-Co NPs 几乎没有氧化酶 / 过氧化物酶模拟活性。这种 pH 依赖性使得 FPB-Co NPs 能够在胃酸环境中特异性激活，为后续的抗菌实验提供了基础。

图2 pH 响应的氧化酶 / 过氧化物酶模拟活性

级联纳米酶的 SOD- 和 CAT- 模拟活性

研究团队还发现 FPB-Co NPs 具有超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）模拟活性。通过黄嘌呤 - 黄嘌呤氧化酶体系评估 SOD 模拟活性，结果显示 FPB-Co NPs 能够有效清除超氧阴离子自由基（•O−2），清除率超过 82%。此外，在过氧化氢存在下，FPB-Co NPs 能够催化产生大量的氧气，这一过程可通过溶解氧探针和电子自旋共振（ESR）光谱得到验证。

图3. FPB-Co NPs的模拟SOD和CAT酶活性即制氧特性表征。

体外抗菌活性及机制

在模拟胃液中，FPB-Co-Ch NPs 对敏感和耐药的幽门螺杆菌均展现出显著的抗菌活性。相比之下，在模拟肠液中，其抗菌活性显著降低，表明该纳米酶的抗菌活性具有 pH 依赖性。透射电子显微镜（TEM）图像显示，经 FPB-Co-Ch NPs 处理后的幽门螺杆菌细胞膜出现破损和模糊，表明纳米酶通过破坏细菌细胞膜实现杀菌。此外，β- 半乳糖苷酶实验和活性氧（ROS）水平检测结果表明，FPB-Co-Ch NPs 能够增加细菌细胞膜的通透性并消耗细菌内的 ROS，从而发挥抗菌作用。

体内治疗效果

在小鼠感染模型中，FPB-Co-Ch NPs 显示出与传统三联抗生素疗法相当的抗菌效果，且在治疗耐药幽门螺杆菌感染方面表现更为优异。组织病理学分析表明，FPB-Co-Ch NPs 能够显著减轻胃黏膜的炎症和损伤，促进胃黏膜的修复。此外，通过 16S rRNA 测序分析，研究团队发现 FPB-Co-Ch NPs 对肠道菌群的相对丰度、α 多样性和 β 多样性没有显著影响，表明其在体内应用中具有良好的生物安全性。

抗炎及胃黏膜修复作用

研究团队进一步探讨了 FPB-Co-Ch NPs 对胃黏膜炎症和损伤的修复作用。结果表明，FPB-Co-Ch NPs 能够有效清除胃黏膜上皮细胞内的 ROS，降低促炎因子 IL-6 的水平，同时提高抗炎因子 TGF-β 的水平。通过 TUNEL 染色和荧光染色实验，研究团队发现 FPB-Co-Ch NPs 能够抑制胃黏膜上皮细胞的凋亡，并促进紧密连接蛋白 ZO-1 和 Occludin-1 的表达，从而加速胃黏膜的修复。

综上所述，本研究开发的 FPB-Co-Ch NPs 基于多功能级联纳米酶活性的 pH 响应氧气生成系统，为幽门螺杆菌感染的治疗提供了一种全新的策略。该系统在克服幽门螺杆菌耐药性、减轻胃黏膜炎症和促进组织修复方面展现出巨大的潜力，同时避免了传统抗生素疗法对肠道菌群平衡的破坏。未来，这一成果有望为临床治疗幽门螺杆菌相关疾病提供更加安全有效的选择。

图4. FPB-Co NPs的模拟SOD和CAT酶活性即制氧特性表征

总结

本研究设计并构建了基于多功能级联纳米酶活性的FPB-Co-Ch NPs制氧系统，全面评估了其pH选择性治疗敏感和耐药幽门螺旋杆菌感染的效力。在酸性条件下，FPB-Co-Ch NPs可发挥四种酶的级联活性，有效供氧，杀灭幽门螺旋杆菌；同时调节炎症因子的表达，缓解氧化应激对胃上皮细胞的损伤，减轻炎症反应；亦可上调粘膜修复蛋白的表达，恢复受损的胃粘膜。该平台集根除耐药菌、炎症调节、修复功能和避免肠道菌群失调的能力于一身，将为耐药幽门螺旋杆菌的治疗提供新的选择。

原文链接：Y. Tong, Q. Liu, H. Fu, M. Han, H. Zhu, K. Yang, L. Xu, M. Meng, Y. Yin, R. Xi, Cascaded Nanozyme Based pH-Responsive Oxygenation for Targeted Eradication of Resistant Helicobacter Pylori. Small 2024, 20, 2401059. https://doi.org/10.1002/smll.202401059.