四川大学邓怡/白丁/杨为中AM：工程化生物异质结通过诱发细胞内外细菌铁死亡及饥饿触发的细胞保护促进糖尿病感染伤口修复

细菌感染被认为是对公共卫生的最突出威胁之一，因为其有限的治疗方式及宿主抗菌免疫功能的破坏，往往导致感染经久不愈及严重的临床后果。细菌感染会同时存在于细胞内外，而细胞内病原体由于宿主细胞功能受损及免疫逃逸等原因难以清除，导致感染复发。纳米材料介导的铁死亡在抗菌领域引起了很大的兴趣，因为这些材料可引起细菌的离子稳态失衡，促进细胞外及细胞内感染细菌的脂质过氧化。然而，目前与铁死亡相关的抗菌策略会不加选择地对健康细胞造成损害，从而影响其生物相容性。

近日，四川大学邓怡及白丁等人报道一种新型工程化生物异质结F-bio-HJ，可靶向引起细胞内外细菌铁死亡，同时通过饥饿触发保护宿主细胞，最终促进糖尿病感染伤口的愈合。

本文要点

（1）F-bio-HJ优异的光热、光动力及化学动力性能。DFT计算证明，F-bio-HJ为肖特基异质结。在NIR光照下，F-bio-HJ具有非常良好的光热性能。良好的电子-空穴对的分离能力使F-bio-HJ可在NIR光照下连续产生多种活性氧（1O2、·OH等），显示出了良好的光动力性能。此外，由于GOx与葡萄糖反应产生的酸性环境，F-bio-HJ可加速Fe3+的稳定释放，再次将GOx氧化葡萄糖生成的H2O2再催化为·OH，同时消耗GSH产生Fe2+，具有优秀的化动力性能。

（2）F-bio-HJ高效的细胞内外抗菌性能。F-bio-HJ大量ROS及Fe2+的生成使F-bio-HJ对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌具有显著的杀伤作用。对于胞外细菌，F-bio-HJ可损害细菌细胞膜的通透性，从而加速了Fe2+和ROS的进入，并通过铁死亡快速杀菌。对于胞内细菌，Fe2+可通过巨噬细胞内的铁转运蛋白（FPN）转运到吞噬胞内细菌的囊泡中，进一步引发细胞内吞细菌的铁死亡，达到快速清除胞内细菌的效果。

（3）F-bio-HJ安全的饥饿触发细胞保护机制。GOx消耗葡萄糖可向细胞传送饥饿信号，激活细胞AMPK信号通路，抑制细胞铁死亡。不仅可保护受感染的巨噬细胞维持正常的免疫功能，杀死胞内细菌，还可使伤口从炎性状态早日转为修复状态，保护皮肤修复中的重要参与成员成纤维细胞和角质细胞，促进皮肤组织修复。体内实验糖尿病大鼠感染伤口模型显示，F-bio-HJ治疗组7天后伤口愈合率为87.84±1.92%，由于万古霉素阳性对照组的治疗效果，证明F-bio-HJ具有优异的促进糖尿病感染伤口愈合的能力。

F-bio-HJ总体示意图

F-bio-HJ铁死亡介导的胞内抗菌性能

四川大学华西口腔医学院博士研究生戴雯玉及舒睿副教授为该论文第一作者。四川大学杨为中教授、白丁教授及邓怡副教授为通讯作者。

参考文献：

Wenyu Dai, Rui Shu, Fan Yang, Bin Li, Hannah M. Johnson, Sheng Yu, Hang Yang, Yau Kei Chan, Weizhong Yang, Ding Bai, Yi Deng. Engineered bio-heterojunction confers extra- and intracellular bacterial ferroptosis and hunger-triggered cell protection for diabetic wound repair. Advanced Materials. 2023

doi: 10.1002/adma.202305277

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https://doi.org/10.1002/adma.202305277

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