Sci. Adv. | CeO2@ZIF-8类过氧化物酶活性

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*本文首发于“纳米酶Nanozymes”公众号，2021年3月10日

*编辑：俞纪元

背景介绍

暨南大学陈填烽教授课题组通过在CeO2纳米粒子（CeO2 NPs）表面原位生长沸石咪唑骨架-8（ZIF-8），克服了CeO2 NPs生理条件下稳定性差、选择性较低等缺陷，提高了催化和抗氧化能力。相较于原有的CeO2纳米粒子，CeO2@ZIF-8具有如下优点：

1．表面的ZIF-8可以充当过氧化物酶保持抗氧化能力，清除过量的H2O2；

2．CeO2 NPs外层上生长的ZIF-8骨架可以控制CeO2核的尺寸、形状和表面电荷以适于生物应用；

3．ZIF-8的分解可以协助活性成分的释放，协同增强CeO2的疗效。

图文导读

图1. CeO2@ZIF-8的结构表征

(A) CeO2@ZIF-8的合成方法及治疗机理示意图

(B,C) ZIF-8 (B)和CeO2@ZIF-8 (C)的SEM、TEM图像

(D,E) CeO2@ZIF-8的HAADF-STEM和线性TEM-EDS图像(D)和元素映射(E)

(F~I) CeO2、ZIF-8和CeO2@ZIF-8的XRD (F)、UV (G)、Raman (H)和XPS (I)图谱

(J,K) Zn 2p (J)和Ce 3d (K)的XPS分析谱图

图2. CeO2@ZIF-8体外清除ROS

(A) CeO2@ZIF-8体外清除ROS的示意图

(B) ABTS自由基清除法测定CeO2、ZIF-8和CeO2@ZIF-8的体外抗氧化能力（*P < 0.05, **P < 0.01, ***P < 0.001）

(C) CeO2@ZIF-8与H2O2反应后不同时刻的拉曼光谱

(D) CeO2@ZIF-8和ZIF-8在5% H2O2水溶液中3 h前后的TEM图

(E) EPR测定CeO2 (15 μg/mL)、ZIF-8和CeO2@ZIF-8清除?OH的能力

(F) 紫外-可见光谱测定CeO2@ZIF-8清除?OH的能力

(G) EPR测定CeO2、ZIF-8和CeO2@ZIF-8 (15 μg/mL) 清除?O2?的能力

(H) 荧光光谱测定CeO2@ZIF-8清除?O2?的能力

图3. CeO2@ZIF-8对PC12细胞免于t-BOOH诱导的氧化损伤的保护

(A) 20 μM t-BOOH分别与CeO2、ZIF-8和CeO2@ZIF-8共处理PC12细胞48 h后的细胞活性变化（*P < 0.05, **P < 0.01）

(B) Annexin V-FITC/PI双重染色评估CeO2@ZIF-8逆转t-BOOH诱导的细胞凋亡

(C) CeO2@ZIF-8减少t-BOOH诱导的细胞凋亡

(D) CeO2@ZIF-8减少t-BOOH (15 μM) 诱导PC12细胞内产生ROS

(E) CeO2@ZIF-8抑制t-BOOH诱导PC12细胞内线粒体断裂

(F) BBB共培养模型的Transwell实验示意图

(G) CeO2@ZIF-8穿透BBB的能力和比例

(H) CeO2@ZIF-8在穿透BBB 24 h后PC12细胞下部腔室中的内化作用

图4. CeO2@ZIF-8在PC12细胞中的胞吞作用

(A) CeO2@ZIF-8在PC12细胞中的内吞作用的示意图

(B) CeO2@ZIF-8在PC12细胞中内在化的示意图的TEM图像

(C) CeO2@ZIF-8分别在水(I)，PBS (pH 7.4；II)和PBS (pH 5.3，含溶菌酶；III)中振荡12 h后的TEM图像

(D) PC12细胞中C6 标记的CeO2@ZIF-8 (20 μg/mL；绿色荧光)的细胞内运输

(E) 通过测定荧光强度定量分析PC12细胞中CeO2@ZIF-8的细胞摄取

(F) 不同的内吞抑制剂抑制细胞内摄取(**P < 0.01，***P < 0.001)

图5. CeO2@ZIF-8通过减少ROS引起的氧化损伤减少梗死体积

(A) 用CeO2@ZIF-8处理3天的大脑中动脉闭塞（MCAO）小鼠模型中的2,3,5-三苯基四唑鎓氯化物（TTC）染色的脑切片的代表性图像（n = 4）

(B) 由ImageJ分析的不同组的相应梗塞区域（n = 4）

(C) CeO2@ZIF-8治疗3天后MCAO小鼠的神经学评分（n = 10）

(D) 通过TEM图像评估MCAO小鼠脑组织中CeO2@ZIF-8 (0.4 mg/kg) 3天的内在化（n = 3）

(E) 静脉注射CeO2和CeO2@ZIF-8 (n = 5) 3天后，Ce元素在小鼠主要器官中的分布

(F) 静脉注射CeO2和CeO2@ZIF-8后血浆中Ce含量与时间的关系（n = 5）

(G~J) 不同治疗组（n = 3）的脑组织中超氧阴离子(G)，MDA (H)，SOD (I)和GSH-Px (J)的表达水平。*P < 0.05，**P < 0.01和***P < 0.001水平表明治疗组与对照组之间存在显着差异

图6. CeO2@ZIF-8的治疗作用及其对缺血性脑卒中再灌注引起的炎症和免疫反应的抑制作用

(A~C) H&E染色(A)，Nissl染色(B)和TUNEL-Hoechst共同染色(C)的不同治疗组的脑组织代表性显微照片

(D)通过免疫组织化学染色（n = 3）测试了来自不同治疗组的MCAO小鼠脑切片中的GFAP和Iba-1表达

(E,F)来自不同治疗组的MCAO小鼠脑切片中GFAP+细胞(E)和Iba-1+细胞(F)的数量

(G,H)不同治疗组（n = 3）脑组织梗死部位中炎性因子TNF-α (G)，IL-1β (H)和IL-6 (I)

总结与展望

实验表明，CeO2@ZIF-8能够在体外有效清除ROS并保护PC12神经元细胞免于自由基引发的凋亡。ZIF-8封装还能有效延长CeO2的血液循环时间，降低清除率，提高血脑屏障穿透能力，并提高其在脑组织中的积累。结果显示，CeO2@ZIF-8纳米酶在缺血性脑卒中的神经保护治疗中表现出令人满意的预防和治疗能力，并具有较高的安全性。

综上所述，该研究不仅提供了以CeO2 NPs为功能核心、ZIF为生物活性表面修饰的一种新的原位合成方法，同时也进一步阐明了应对再灌注损伤的神经保护机制，为CeO2 NPs的生物及医学应用提供了新的思路。

原文：

He, L.; Huang, G.; Liu, H.; Sang, C.; Liu, X.; Chen, T., Highly bioactive zeolitic imidazolate framework-8–capped nanotherapeutics for efficient reversal of reperfusion-induced injury in ischemic stroke. Sci. Adv.2020, 6 (12), eaay9751.

https://advances.sciencemag.org/content/6/12/eaay9751.full

撰稿：徐庚辰

校审：程超群、徐风梧

编辑：徐庚辰