氢气治疗脓毒症肺损伤 给药方法和机制研究
图1. 本研究的图形摘要。(i) 多组学分析可以探索分子氢相关的分子生物学机制和潜在的天然药物与氢气的协同作用。(ii) 疏水自组装方法首次构建了携带氨硼烷和二氢槲皮素的自组装DQB纳米颗粒。利用藻类对多酚的吸附特性，普通小球藻能够建立一个自组装纳米系统DQB@C，以提高纳米颗粒的自组装能力。(iii) 纳米小球藻系统具有更好的感染响应性氢气和药物释放能力。体内和体外实验证明了DQB@C的抗炎和器官保护能力。
背景
氢气和小球藻都存在于自然环境中。我们的目标是将氢气和生物纳米小球藻结合起来，以扩大败血症的治疗选择。
方法
从接受盲肠结扎和穿刺（CLP）及吸入氢气的小鼠中获得磷酸化蛋白质组学、代谢组学和蛋白质组学数据。所有组学分析程序均符合标准。在单细胞和空间转录组学分析中使用多个R包来识别表达目标基因的主要细胞，以及在败血症相关肺景观中的基因共表达关系。然后，使用网络药理学方法识别候选药物。我们使用疏水力驱动的自组装方法构建二氢槲皮素（DQ）纳米颗粒。为了与分子氢合作，将氨硼烷（B）添加到DQ表面。然后，使用普通小球藻（C）作为生物载体来改善自组装纳米颗粒。进行体内和体外实验以评估抗炎、抗铁死亡、抗感染和器官保护能力。
结果
结果表明，我们确定了Esam和Zo-1是肺部分子氢治疗的目标磷酸化蛋白。铁死亡和谷胱甘肽代谢是两个目标途径。普通小球藻改善了DQB的分散性并重构了DQB的形态特征，形成了DQB@C纳米系统（大小=307.3 nm，Zeta电位=-22mv），具有良好的感染响应性氢气释放能力和生物安全性。此外，DQB@C能够减少肺部细胞中的氧化应激和炎症因子积累。通过增加Slc7a11/xCT的表达水平并降低Cox2水平参与铁死亡的调节。同样，DQB@C在CLP小鼠上发挥了肺部和多器官保护以及抗炎作用。
结论
我们的研究提出了DQB@C作为一种具有巨大潜力的新型生物纳米系统，用于治疗败血症相关的急性肺损伤，以解决氢气在临床应用中的局限性。
1. 引言
败血症是由宿主对感染反应失衡引起的生命威胁性器官功能障碍。根据《柳叶刀》最新的全球疾病负担数据，每年全世界的败血症病例已超过4800万，其中约1100万患者死亡，死亡率超过20%。美国重症医学会（SCCM）和欧洲重症医学会（ESICM）联合发布了败血症3.0的最新定义和诊断标准，强调重视器官衰竭的研究意义。欧洲重症医学会发布的最新败血症管理指南也明确指出，败血症患者的治疗重点仍然是预防和治疗多器官功能障碍。败血症最易受攻击的器官是肺部，严重情况下可发生急性呼吸窘迫综合征。然而，败血症诱导的肺损伤的发病机制尚未准确阐明，且缺乏有效的治疗方法。
磷酸化是蛋白质翻译后修饰的最重要形式，涉及几乎所有生物学过程。磷酸化蛋白质在败血症相关途径中参与并发挥重要作用。单细胞测序和空间转录组的结合可以帮助我们更全面地了解基因表达调控。Janosevic等人使用空间转录组学结合单细胞转录组学建立了小鼠败血症进展的单细胞分辨率基因表达谱。时空分析识别了生物标志物和靶点，这有助于人类败血症的分期和治疗。
目前，对败血症诱导的肺损伤机制的理解主要基于炎症和氧化应激。然而，针对这两种机制的当前治疗方法效果有限。天然产物的纳米材料在抵抗细菌感染和治疗炎症性疾病方面显示出巨大潜力。其中，基于天然产物的自组装纳米系统因其出色的抗氧化性能而受到更多关注。二氢槲皮素是一种优秀的天然抗氧化剂。Gui等人合成的超小型铁槲皮素纳米酶解决了溶解性差和生物利用度低的问题，在炎症和氧化应激损伤中发挥了保护作用。对于二氢槲皮素来说，自组装方法也有潜力提高其对感染和炎症治疗的效果。
我们之前的研究表明，H2治疗显著减轻了败血症小鼠的肺组织病理评分和氧合指数，并通过过度激活Nrf2/HO-1信号通路改善了败血症小鼠的肺损伤。但是长期吸入氢气会对呼吸道黏膜和胃肠道造成刺激，这一直是我们关注的问题。Chlorella pyrenoidosa是一种属于绿藻门小球藻属的单细胞绿藻。之前的研究显示，它可以在黑暗中产生氢气，并且其细胞壁具有携带多酚类药物的功能。在一些研究中，小球藻被用作载体以实现外源蛋白的高效表达。更重要的是，许多研究已经证实了小球藻的体内生物安全性。这使得它适合与氢气协同使用。氨硼烷（H3N–BH3，AB）是一种优秀的储氢化合物。一些研究利用其在酸性环境中释放氢气的能力，在肿瘤和胃中实现了氢气释放。败血症中的感染微环境也是酸性的，AB在这种条件下可以释放氢气。
本研究通过结合磷酸蛋白质组学、单细胞和空间转录组学、代谢组学揭示了败血症诱导的肺损伤的新发病机制，并为败血症诱导的肺损伤中的纳米纤维素负载药物提供了治疗方法和基础。
（无论如何，采用这种复杂的给氢气路线，都不是解决脓毒症的理想方法。本研究采用复杂的技术，回答已经回答的问题，不应鼓励提倡。对肺部损伤来说，吸入显然是最可行的路线。使用材料学方法，如果不是解决剂量不足问题，都不是合理的选择。任何材料的应用，都距离实现目标更遥远。我们不要忘记氢气医学初心：安全性高是氢气可用适用的基础和前提。）
