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針對(duì)上述問題，安徽醫(yī)科大學(xué)王婉妮團(tuán)隊(duì)研究開發(fā)了包埋于海藻酸鈣水凝膠的ZnxCeyO2/Se（ZCSO）系統(tǒng)，可口服高效清除ROS并調(diào)節(jié)腸道菌群。ZCO具有可逆Ce3?/Ce??活性位點(diǎn)，釋放Zn2?修復(fù)腸屏障，Se層激活Nrf2通路增強(qiáng)抗氧化。小鼠實(shí)驗(yàn)表明，ZCSO順利到達(dá)結(jié)腸，緩解氧化應(yīng)激，促進(jìn)GPx4生成，抑制鐵死亡并改善菌群，為IBD治療提供新思路。該文章于2025年04月16日以《Orally Administered ZnxCeyO2/Se Hydrogel with Effective Antioxidant Activity for Treating Inflammatory Bowel Disease by Inhibiting Ferroptosis》為題發(fā)表于《AHM》上（DOI: org/10.1002/adhm.202500088）。

研究示意圖

（1）ZO、ZCO和ZCSO的制備、表征、釋放和性質(zhì)

如圖1A所示，ZCO NPs通過以ZO為模板的離子摻雜反應(yīng)合成，并經(jīng)亞硒酸鈉包覆及還原形成ZCSO。合成過程中的顏色變化如圖1B所示，從白到黃再到紅。透射電鏡（圖1C）顯示其為球形，動(dòng)態(tài)光散射測(cè)得最終粒徑為167.25 nm± 3.37 nm（圖1D）。能譜圖（圖1E）顯示硒均勻分布，含量達(dá)23%。XPS分析（圖1F、1G）證實(shí)成功引入Se，且在模擬體內(nèi)環(huán)境下仍可維持Ce3?/Ce??共存狀態(tài)（圖1H）。XRD結(jié)果（圖1I）表明材料為非晶態(tài)。為保護(hù)材料在胃酸中穩(wěn)定，ZCSO被包埋于抗酸的海藻酸鈣水凝膠中。體外釋放實(shí)驗(yàn)顯示水凝膠有效延緩Ce和Se的釋放。抗氧化能力測(cè)試表明，如圖1J，ZCSO對(duì)·ABTS的清除率高達(dá)79.58%，并在SOD、CAT活性檢測(cè)中表現(xiàn)優(yōu)異（圖1K、1L）。此外，如圖1M，ZCSO展現(xiàn)出明顯的GPx樣活性。綜上，SeNPs包覆顯著增強(qiáng)了ZCSO的抗氧化性能和穩(wěn)定性。

圖1 ZCSO納米酶的制備、表征和性能評(píng)估。A) ZCSO納米酶制備過程示意圖；B) ZO、ZCO和ZCSO樣品的代表性形貌圖像；C) ZCSO納米酶的TEM圖像（比例尺：200 nm）；D) DLS分析顯示ZO、ZCO和ZCSO的粒度分布；E) ZCSO納米酶的EDS元素映射（比例尺：200 nm）；F) ZCSO納米酶的綜合XPS數(shù)據(jù)，包括G)詳細(xì)的Se 3d光譜；H)模擬生理?xiàng)l件下ZCSO納米酶的XPS分析（Se 3d）；I) ZCSO納米酶的XRD圖案；J) ABTS自由基清除活性測(cè)定比較ZCSO和ZCO納米酶；K) SOD抑制率測(cè)定；L)氧氣生成能力評(píng)估；M) ZCSO納米酶的GSH清除活性評(píng)估，n = 3

（2）ZCSO NPs體外抗氧化能力和抗炎能力檢測(cè)

鑒于ZCSO納米酶具有強(qiáng)抗氧化能力，分別在HT-29和NCM460細(xì)胞中進(jìn)行了體外ROS清除能力檢測(cè)。首先，通過CCK-8評(píng)估細(xì)胞活性，結(jié)果顯示ZCSO對(duì)細(xì)胞無明顯毒性（圖2A）。隨后，利用DCFH-DA探針觀察到，ZCSO顯著抑制了H?O?誘導(dǎo)的綠色熒光（圖2B）。活/死染色進(jìn)一步證實(shí)，H?O?+ZCSO處理組死亡細(xì)胞極少（圖2C）。通過Image J分析，直觀展示了ZCSO的ROS清除和保護(hù)效果。此外，JC-1探針檢測(cè)表明，ZCSO可有效恢復(fù)HT-29細(xì)胞線粒體膜電位（圖2D）。在抗氧化方面，ZCSO處理后MDA水平恢復(fù)正常（圖2E）且GSH含量下降，GPx活性顯著上升（圖2F、G）。抗炎實(shí)驗(yàn)中，流式分析顯示ZCSO顯著減少了M1型巨噬細(xì)胞比例（圖2H），同時(shí)qRT-PCR結(jié)果表明炎癥因子TNF-α、IL-6、IL-1β、IFN-γ表達(dá)下調(diào)，IL-4、IL-10上調(diào)（圖2I–N）。此外，ZCSO促進(jìn)Keap1/Nrf2通路活化，發(fā)揮抗氧化抗炎協(xié)同作用（圖2O、P）。創(chuàng)傷修復(fù)實(shí)驗(yàn)中，劃痕實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明ZCSO能促進(jìn)NCM460細(xì)胞在氧化應(yīng)激下的增殖（圖2Q）。

圖2 ZCSO納米酶體外抗氧化和抗炎能力檢測(cè)。A）HT-29細(xì)胞活力測(cè)定；B）HT-29細(xì)胞中DCFH-DA染色的ROS熒光圖像；C）HT-29細(xì)胞中鈣黃綠素-AM/PI共染色的熒光圖像；D）JC-1探針在HT-29細(xì)胞中的熒光圖像；E）不同處理后HT-29細(xì)胞內(nèi)的MDA含量；F）GSH探針（比例尺：50 μm）和G）不同處理后HT-29細(xì)胞中總GPx活性的熒光圖像；H）流式細(xì)胞術(shù)對(duì)M1巨噬細(xì)胞進(jìn)行定量分析；通過實(shí)時(shí)PCR定量分析不同處理后RAW264.7巨噬細(xì)胞中I）TNF-α、J）IL-6、K）IL-1β、L）IFN-γ、M）IL-4、N）IL-10、O）Keap1和P）Nrf2的mRNA表達(dá)水平；Q）NCM460的劃痕后遷移（比例尺：200 μm）

（3）ZCSO納米酶的生物相容性評(píng)價(jià)

鑒于生物相容性對(duì)于納米材料臨床應(yīng)用至關(guān)重要，該研究評(píng)估了ZCSO的體內(nèi)生物安全性。小鼠在經(jīng)口給予Hy + 40 mg kg?1 ZCSO后第7天和第30天取血進(jìn)行血常規(guī)和血生化檢測(cè)，并對(duì)心、肝、脾、肺、腎進(jìn)行切片H&E染色。結(jié)果顯示，血液指標(biāo)正常，各主要器官無組織損傷，表明ZCSO納米酶具有良好的生物相容性和應(yīng)用安全性。損傷的保護(hù)作用。

（4）ZCSO在IBD模型小鼠結(jié)腸中的分布及其防治作用

為了提高ZCSO納米酶的生物利用度并避免胃酸環(huán)境下提前釋放，該研究采用海藻酸鈉包裹材料。如圖3A所示，Cy5.5-ZCSO沿消化道主要定位于結(jié)腸，口服后在腸道的作用時(shí)間約為24小時(shí)。隨后，評(píng)估了ZCSO對(duì)結(jié)腸炎的預(yù)防作用。小鼠按實(shí)驗(yàn)分組處理，并通過體重變化（圖3C）及每日糞便評(píng)分（圖3D）評(píng)估疾病活動(dòng)指數(shù)（DAI）。結(jié)果顯示，ZCSO處理組體重下降較輕，DAI得分明顯降低。第9天處死小鼠，發(fā)現(xiàn)DSS組結(jié)腸長(zhǎng)度明顯縮短（圖3E,F）。H&E染色結(jié)果（圖3G）顯示，ZCSO組小鼠結(jié)腸組織結(jié)構(gòu)恢復(fù)良好。流式細(xì)胞術(shù)分析（圖3H,I）顯示，ZCSO可顯著減少M(fèi)1型炎癥性巨噬細(xì)胞比例。ELISA檢測(cè)（圖3J–N）結(jié)果表明，ZCSO降低了MPO、MDA水平及促炎因子（IL-1β、IL-6、TNF-α）表達(dá)，同時(shí)提高了抗炎因子（IL-4、IL-10）水平。進(jìn)一步，qRT-PCR結(jié)果（圖3Q–T）表明，ZCSO可下調(diào)PERK、eIF-2α、ATF4和CHOP基因表達(dá)，緩解腸道內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激。綜上，ZCSO納米酶在IBD防治中展現(xiàn)出良好效果。

圖3 ZCSO在IBD模型小鼠結(jié)腸內(nèi)的分布及防治作用。A）ZCSO納米酶口服給藥后在IBD小鼠體內(nèi)的分布及分離后結(jié)腸的熒光圖像；B）預(yù)防性治療實(shí)驗(yàn)方案示意圖；C）不同治療組體重變化及DAI評(píng)估；治療結(jié)束后E）小鼠分離結(jié)腸長(zhǎng)度及相應(yīng)的F）結(jié)腸組織照片及G）H&E染色（比例尺：100 μm）；H）流式細(xì)胞術(shù)分析不同治療組結(jié)腸淋巴組織中M1型巨噬細(xì)胞含量并進(jìn)行定量分析I）；J）ELISA法測(cè)定不同治療后結(jié)腸組織中MPO、K）MDA、L）IL-1β、M）IL-6、N）TNF-α、O）IL-4、P）IL-10的蛋白表達(dá)水平；實(shí)時(shí)PCR定量檢測(cè)結(jié)腸組織中內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)因子Q）eIF-2α、R）PERK、S）CHOP和T）ATF4的mRNA水平，n = 3

（5）ZCSO納米酶對(duì)結(jié)腸炎的延遲治療作用

根據(jù)預(yù)防實(shí)驗(yàn)結(jié)果，ZCSO納米酶在IBD預(yù)防中效果良好。為進(jìn)一步驗(yàn)證其治療作用，該團(tuán)隊(duì)建立了小鼠結(jié)腸炎延遲治療模型。如圖4A所示，小鼠連續(xù)飲用3% DSS水13天，并在第8、10、12天給藥。此外，除了分別用鈣藻酸鹽水凝膠遞送10和20 mg kg?1 ZCSO外，還設(shè)立了空白水凝膠組。圖4B顯示，DSS組小鼠體重從第3天開始明顯下降，Hy組和Hy+ZCSO組則在第8至10天出現(xiàn)體重回升。第14天處死小鼠，圖4C、D顯示DSS組結(jié)腸顯著縮短，Hy+ZCSO組結(jié)腸長(zhǎng)度明顯恢復(fù)（圖4E）。組織學(xué)結(jié)果顯示，Hy+ZCSO組無明顯炎癥，且MPO水平顯著降低。免疫熒光檢測(cè)表明，Hy+ZCSO組小鼠結(jié)腸組織中Nrf2（圖4H）和HO-1蛋白表達(dá)上調(diào)，GPx4也顯著增加（圖4I）。此外，緊密連接蛋白ZO-1和Occludin在Hy+ZCSO組顯著上升（圖4J），MDA水平降低（圖4J），炎癥因子IL-6和TNF-α表達(dá)下降（圖4K,L,M）。進(jìn)一步通過Western blot（圖4N,O）驗(yàn)證了Nrf2和GPx4的上調(diào)，表明ZCSO納米酶具有良好的抗炎和抗氧化治療效果。

圖4 ZCSO納米酶對(duì)結(jié)腸炎的延遲治療作用。A）延遲治療實(shí)驗(yàn)方案流程圖；B）各治療組小鼠治療期間體重變化曲線；C）治療結(jié)束時(shí)小鼠離體結(jié)腸照片及相應(yīng)的結(jié)腸長(zhǎng)度，D，n=5；E）小鼠結(jié)腸切片H&E染色；F）ELISA檢測(cè)各治療組小鼠結(jié)腸組織中MPO蛋白表達(dá)水平；G）小鼠結(jié)腸組織切片中Nrf2和HO-1共染色免疫熒光圖像，H）GPx4，I）ZO-1和Occludin共染色圖像；J）結(jié)腸組織勻漿中的MDA水平；K）結(jié)腸組織勻漿中IL-6和L）水平的免疫組織化學(xué)染色；M）組織勻漿中的TNF-α水平；N）Western blot定量檢測(cè)Nrf2和GPx4蛋白表達(dá)水平，并進(jìn)行定量分析O），（比例尺：100 μm），n = 3

（6）ZCSO納米酶治療TNBS誘發(fā)的CD小鼠模型

炎癥性腸病（IBD）包括潰瘍性結(jié)腸炎（UC）和克羅恩?。–D）?；赯CSO納米酶在DSS誘導(dǎo)的UC模型中的良好效果，進(jìn)一步在TNBS誘導(dǎo)的CD模型中進(jìn)行了研究。分組和處理方案如圖5A所示，實(shí)驗(yàn)小鼠除健康對(duì)照外，第0天接受1% TNBS灌腸，連續(xù)3天治療，第5天處死。TNBS組與Hy組小鼠生存率為71%，而健康對(duì)照組和Hy+ZCSO組均為100%（圖5B）。體重變化表明，Hy+ZCSO組小鼠體重恢復(fù)明顯優(yōu)于TNBS組（圖5C），且結(jié)腸長(zhǎng)度接近正常水平（圖5D,E）。HE染色（圖5F）顯示，ZCSO納米酶可保護(hù)腸道結(jié)構(gòu)。MPO檢測(cè)顯示，Hy+ZCSO組炎癥水平顯著降低（圖5G）。免疫組化和ELISA進(jìn)一步表明，Hy+ZCSO組GPx4表達(dá)上升，炎癥因子IL-6、IL-1β和TNF-α顯著下降（圖5H–N）。此外，Hy+20 mg/kg ZCSO組顯著降低了氧化應(yīng)激標(biāo)志物MDA水平（圖5O）。綜上，ZCSO納米酶對(duì)CD治療展現(xiàn)出良好的潛力。

圖5 ZCSO納米酶在小鼠模型中治療TNBS誘導(dǎo)的CD的實(shí)驗(yàn)研究。A) CD模型治療實(shí)驗(yàn)方案流程圖；B) 不同治療組的生存曲線，n = 7；C) 治療期間的體重變化；D) 小鼠離體結(jié)腸的長(zhǎng)度和相應(yīng)的結(jié)腸照片，n = 5；F) 結(jié)腸的H&E染色；G) 結(jié)腸組織勻漿中的MPO水平；結(jié)腸組織切片中H) GPx4、I) IL-6、J) IL-1β和K) TNF-α的免疫組織化學(xué)染色；結(jié)腸組織勻漿中L) IL-6、M) IL-1β、N) TNF-α和O) MDA的蛋白質(zhì)水平，n = 3

（7）ZCSO納米酶對(duì)DSS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎小鼠腸道菌群的調(diào)節(jié)

除氧化應(yīng)激和免疫反應(yīng)外，腸道菌群失調(diào)也是炎癥性腸?。↖BD）慢性化的重要因素。為評(píng)估ZCSO納米酶是否影響DSS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎模型小鼠腸道菌群的多樣性與豐度，該團(tuán)隊(duì)收集新鮮糞便進(jìn)行16S rDNA測(cè)序。如圖6A–D所示，DSS組小鼠的微生物豐度和多樣性明顯下降，而Hy+ZCSO組則恢復(fù)明顯。Venn圖（圖6E）顯示，Hy+ZCSO組與健康組菌群重疊性高于DSS組。菌群豐度熱圖及柱狀圖（圖6F）表明，Hy+ZCSO組菌群組成趨向正常，優(yōu)勢(shì)菌門包括厚壁菌門（Firmicutes）、擬桿菌門（Bacteroidetes）、疣微菌門（Verrucomicrobia）和變形菌門（Proteobacteria）。其中厚壁菌門多為抗炎菌，而擬桿菌門中部分菌種可促炎（圖6G）。DSS組小鼠厚壁菌門減少，擬桿菌門與變形菌門顯著增加，Hy+ZCSO治療可緩解此變化。乳酸桿菌屬（Lactobacillus）具有抗炎與增強(qiáng)免疫功能，圖6H表明，DSS組乳酸桿菌代謝通路減少，Hy+ZCSO治療后明顯恢復(fù)。同時(shí)，擬桿菌屬（Bacteroides）在DSS組代謝水平上升，而Hy+ZCSO處理后顯著下降（圖6H）。以上結(jié)果說明，ZCSO納米酶可調(diào)節(jié)腸道有益與有害菌水平，促進(jìn)微生態(tài)穩(wěn)定。

圖6 ZCSO納米酶對(duì)DSS誘導(dǎo)結(jié)腸炎小鼠腸道菌群的調(diào)節(jié)作用。A) 觀察到的物種，B) Chao1，C) Simpson，D) Shannon箱線圖；E) 常見和特有腸道菌群物種的維恩圖；F) 物種組成熱圖；G) 門級(jí)物種相對(duì)豐度；H) 屬級(jí)代謝途徑豐度值