论文标题：Incorporating Single-Copper Sites and Host Defense Peptides into a Nanoreactor for Antibacterial Therapy by Bioinspired Design

期刊：Engineering

DOI：https://doi.org/10.1016/j.eng.2024.09.021

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近日，福州大学汪少芸教授团队在中国工程院院刊《Engineering》2024年12月刊以“Incorporating Single-Copper Sites and Host Defense Peptides into a Nanoreactor for Antibacterial Therapy by Bioinspired Design”（生物启发的由铜单原子与宿主防御肽整合成的抗菌治疗纳米反应器）为题发表研究论文，开发出一种新型抗菌治疗纳米反应器 ——Cu@G-AMPs，这一成果为解决耐药细菌威胁提供了全新视角，有望在公共卫生安全领域发挥重要作用。福州大学为成果第一单位，湖南农业大学为成果第二单位，论文独立通讯作者为福州大学汪少芸教授。

抗生素耐药性的急剧蔓延对公共健康安全构成了严重威胁，开发非抗生素型抗菌剂成为当务之急。受抗菌肽中铜镍结合基序自然防御机制的启发，福州大学研究团队精心设计并成功制备了这种由铜单原子与宿主防御肽构成的人工复合物（Cu@G-AMPs）。

图1. Cu@G-AMPs 治疗耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)感染伤口的功能机制示意图。

该复合物以鸟嘌呤掺杂丰富杂原子形成的基底为依托，锚定了配位数为 2、平均键长为 1.91 Å 的铜单原子。这一独特的结构赋予了 Cu@G-AMPs 诸多优异性能。研究人员通过多种先进的分析技术，如暗场扫描透射电子显微镜（HAADF-STEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X 射线光电子能谱（XPS）等，对其进行了全面表征，确认了 Cu@G-AMPs 的结构和特性。

研究人员以耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）为主要试验菌株，对 Cu@G-AMPs 的抗菌活性展开了深入研究。体外实验结果令人惊喜，Cu@G-AMPs 的抑菌作用在酸性条件下更为显著，这与传统的催化金属通过类芬顿机制发挥抑菌活性的观点高度一致。同时，该复合物在抑菌作用浓度范围内细胞毒性低，且在一定浓度范围内不会引起红细胞的溶解和破裂，展现出了理想的生物相容性。

进一步探究其抑菌机制发现，Cu@G-AMPs 具有固有的类酶活性，能够催化过氧化氢（H?O?）产生以羟基自由基（?OH）为代表的活性氧（ROS）。在 ROS 的作用下，MRSA 的应激反应系统受到了严重破坏。研究团队采用无标签定量蛋白质组学技术，从细菌应激反应角度深入剖析，发现与 PBS 处理的细菌相比，Cu@G-AMPs 处理的样品中，仅影响较少数关键蛋白质，且这些对 Cu@G-AMPs 敏感的重要差异表达蛋白主要参与了 MRSA 的传感、调控、修复和重组系统。这表明 Cu@G-AMPs 是通过破坏 MRSA 内的应激反应系统来实现抑菌功能的，并且利用 PRM 技术验证了相关检测结果的准确性和可靠性。

除了体外实验，研究团队还通过小鼠创面耐药细菌感染模型，评估了 Cu@G-AMPs 在体内的应用前景。实验结果显示，随着治疗时间的延长，使用 Cu@G-AMPs 的小鼠创面面积明显愈合缩小，且在第一天就展现出了理想的抗菌活性。在伤口愈合过程中，Cu@G-AMPs 表现出多种积极作用：通过 H&E 染色发现炎症细胞数量少、结缔组织疏松；Masson 染色表明其促进了胶原纤维的增殖；Toluidine 蓝染色显示没有明显浸润的肥大细胞，具备抗炎功能；免疫荧光染色则证实其延续了抗菌肽的促血管生成特性。而且，在整个实验过程中，未发现 Cu@G-AMPs 对小鼠有不良副作用。

这一成果是科研人员在抗菌治疗领域的重要突破。Cu@G-AMPs 的出现，为有效应对耐受传统抗生素的病原菌威胁提供了创新的解决方案。不过，目前该研究仍处于实验阶段，未来要实现临床应用，还需要开展更多的深入研究和临床试验，进一步验证其安全性和有效性。但可以预见的是，这一新型抗菌纳米反应器有望为人类抗击耐药菌的斗争注入强大动力，为公共卫生安全事业带来新的希望。

引用信息：

Xuan Chen,Wei Luo,Qun Gao,Congrong Chen,Lichan Li,Dongbo Liu,Shaoyun Wang. Incorporating Single-Copper Sites and Host Defense Peptides into a Nanoreactor for Antibacterial Therapy by Bioinspired Design. Engineering, 2024, 43(12): 216–227 https://doi.org/10.1016/j.eng.2024.09.021

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