? ? ? ?近日，天津大學(xué)吳水林教授課題組在ACS Nano上報(bào)道這樣一種“黑科技”：利用人體毛發(fā)提取物作為納米材料，有效提高抗耐藥細(xì)菌效果的同時(shí)，還促進(jìn)傷口愈合。不僅如此，該研究還使用蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)系統(tǒng)闡述了毛發(fā)提取物在組織修復(fù)過程中的機(jī)制，中科新生命為該研究的蛋白組學(xué)部分提供了技術(shù)服務(wù)。
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Lysozyme-Assisted Photothermal Eradication of Methicillin-Resistant Staphylococcus aureus Infection and Accelerated Tissue Repair with Natural Melanosome Nanostructures
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IF= 13.903
實(shí)驗(yàn)材料：
（1）黑素體納米材料（HHM）：人體毛發(fā)經(jīng)過堿（0.5M NaOH）加熱處理提取得到
（2）體外抗菌實(shí)驗(yàn)：耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA）和大腸桿菌
（3）體內(nèi)抗菌/愈傷實(shí)驗(yàn)：背部創(chuàng)傷小鼠/背部創(chuàng)傷+MRSA感染小鼠
（4）蛋白質(zhì)組實(shí)驗(yàn)：傷口皮膚組織
技術(shù)路線：
實(shí)驗(yàn)結(jié)果：
1. HHM的理化性質(zhì)分析
研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過一系列理化性質(zhì)的觀察和檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)HHM具有以下特性：
I. 人體毛發(fā)中提取的HHM主要由角蛋白及黑色素構(gòu)成；角蛋白由17種氨基酸構(gòu)成，并且含有一些易與肽結(jié)合的基序（如Glu-Asp-Ser 和Leu-Asp-Val)，有助于HHM的細(xì)胞黏附及蛋白互作。（圖1）
圖1. HHM結(jié)構(gòu)及角蛋白氨基酸組成
II. 由于所帶電荷不同，HHM易與溶菌酶結(jié)合。
III. HHM在仿生理環(huán)境下（PBS，37 ℃）具有短期穩(wěn)定，長(zhǎng)期降解的特性，在水溶液中則相對(duì)穩(wěn)定。（圖2）
圖2. HHM在水以及PBS溶液中的穩(wěn)定性
IV. 近紅外的光-熱轉(zhuǎn)化效率與HHM濃度呈正相關(guān)。（圖3）
圖3. HHM溶液的光-熱轉(zhuǎn)化效率
V. 無細(xì)胞毒性以及良好的細(xì)胞相容性。
通過以上一系列理化實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，HHM具有細(xì)胞親和、可降解、光-熱轉(zhuǎn)化效率高等性質(zhì)，非常適用于輔助近紅外輻射抗菌療法的輔助納米材料。
2. HHM結(jié)合近紅外輻射具有良好的抗菌效果
接下來，研究團(tuán)隊(duì)分別在體外及體內(nèi)考察HHM結(jié)合近紅外輻射的抗菌效果。結(jié)果表明，HHM本身具有一定的抗菌效果，HHM-溶菌酶復(fù)合物具有更強(qiáng)的抗菌能力。當(dāng)結(jié)合近紅外輻射以及HHM-溶菌酶復(fù)合物共同作用時(shí)，對(duì)MRSA的體外抗菌效果最高能達(dá)到97.90% ± 2.19%（圖4&圖5）。研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為：HHM具有很高的細(xì)胞親和力，它首先結(jié)合到細(xì)胞表面；然后近紅外輻射導(dǎo)致HHM附近溫度升高，破壞與之結(jié)合的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，增加膜通透性；由于膜結(jié)構(gòu)的破壞，進(jìn)一步促進(jìn)溶菌酶與細(xì)胞的相互作用，進(jìn)而加快細(xì)胞壁的降解；由于細(xì)胞膜和細(xì)胞壁的破壞，反過來又降低細(xì)胞的耐熱性能，增強(qiáng)光-熱輻射的殺菌效果。總之，HHM-溶菌酶復(fù)合物與近紅外輻射起到一種協(xié)同作用達(dá)到抗菌的效果（圖6）。
圖4. HHM-溶菌酶復(fù)合物結(jié)合近紅外輻射對(duì)MRSA的體外抗菌效果
圖5. HHM-溶菌酶復(fù)合物結(jié)合近紅外輻射對(duì)MRSA的體內(nèi)抗菌效果
圖6. HHM-溶菌酶復(fù)合物與近紅外輻射結(jié)合抗菌的機(jī)制示意圖
3. HHM具有促進(jìn)傷口組織愈合的作用
在研究HHM細(xì)胞毒性以及細(xì)胞相容性時(shí)發(fā)現(xiàn)，HHM以及HHM-溶酶體復(fù)合物不僅不會(huì)顯著降低細(xì)胞活性，反而會(huì)促進(jìn)細(xì)胞的增殖。進(jìn)一步通過小鼠實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，HHM具有促進(jìn)傷口愈合的作用（圖7）。
圖7. HHM-對(duì)小鼠傷口的促進(jìn)愈合作用
為探究HHM促進(jìn)傷口愈合的機(jī)制，作者進(jìn)而對(duì)小鼠傷口的皮膚組織進(jìn)行了TMT標(biāo)記（Tandem Mass Tag）定量蛋白質(zhì)組學(xué)分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過HHM處理之后，共有243個(gè)上調(diào)表達(dá)的蛋白以及231個(gè)下調(diào)表達(dá)的蛋白。KEGG通路富集分析表明，蛋白質(zhì)消化及吸收信號(hào)通路顯著上調(diào)，這其中包括了13個(gè)a-鏈膠原蛋白，且這13個(gè)蛋白具有很強(qiáng)的相互作用（圖8），說明了HMM很有可能是基于增強(qiáng)膠原蛋白表達(dá)的機(jī)制來達(dá)到促進(jìn)傷口愈合的效果。
圖8. 小鼠傷口皮膚組織的蛋白質(zhì)組差異分析
接著，作者在13個(gè)蛋白中挑取一個(gè)差異倍數(shù)最低的Col14a1蛋白進(jìn)行PRM靶向驗(yàn)證，證實(shí)該蛋白的確在HMM處理過程中顯著上調(diào)。
根據(jù)以上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)HMM促進(jìn)傷口愈合的機(jī)制給出系統(tǒng)的解釋：首先，HMM具有良好的細(xì)胞結(jié)合性能，HMM中角蛋白在逐漸降解的過程中，其產(chǎn)生的氨基酸很容易被細(xì)胞直接吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)；在這個(gè)過程中，蛋白質(zhì)消化及吸收信號(hào)通路被激活，促進(jìn)a-鏈膠原蛋白的表達(dá)，從而促進(jìn)細(xì)胞外機(jī)制中膠原纖維的形成，最終加速傷口的愈合（圖9）。
圖9. HMM促進(jìn)傷口愈合機(jī)制示意圖
總結(jié)：
1. 從人體毛發(fā)中提取的黑素體衍生物（HHM）是一種理想的醫(yī)用材料，HHM-溶菌酶復(fù)合體與光-熱輻射結(jié)合可以有效抑制耐藥菌株的生長(zhǎng)，同時(shí)促進(jìn)傷口愈合。
2. 蛋白質(zhì)組學(xué)結(jié)果揭示HHM的促傷口愈合作用是通過增強(qiáng)皮膚組織的膠原蛋白表達(dá)實(shí)現(xiàn)的。
3. 本文的蛋白質(zhì)組學(xué)實(shí)驗(yàn)用到了TMT+PRM驗(yàn)證的方式。蛋白質(zhì)組學(xué)結(jié)果的驗(yàn)證目前已經(jīng)是高水平論文必不可少的一步。而本文作者比較討巧地選取了關(guān)鍵差異蛋白中的差異倍數(shù)最小的Col14a1蛋白進(jìn)行驗(yàn)證，也是一種可以借鑒的思路。
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