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活性氧（Reactive Oxygen Species，ROS）是生物有氧代謝或外源性刺激產(chǎn)生的含氧的化學(xué)反應(yīng)性物質(zhì)，包括超氧根離子（O2·-）、羥基自由基（HO·）、單線態(tài)氧（1O2）、過氧化氫（H2O2）等。生理條件下，ROS的生成和代謝被嚴格調(diào)控，在細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和體內(nèi)平衡等方面具有重要作用；而ROS一旦過量則會引起生物大分子的損傷，導(dǎo)致細胞和器官的功能障礙，促進炎癥、衰老相關(guān)疾病的發(fā)生發(fā)展。不同的ROS可以通過化學(xué)反應(yīng)進行轉(zhuǎn)換，如H2O2與Fe2+等過渡金屬離子發(fā)生Fenton反應(yīng)產(chǎn)生HO·。HO·不僅沒有必要的生物學(xué)功能，破壞性也最強，故減少HO·的產(chǎn)生是抗氧化的重要切入點。已有的抗氧化材料（包括小分子化合物、納米材料等）往往通過降低兩種前體物質(zhì)H2O2和金屬離子中的一種來抑制HO·的產(chǎn)生。然而，有研究指出這些抗氧化材料會破壞體內(nèi)ROS或金屬離子的內(nèi)穩(wěn)態(tài)，引起副作用甚至死亡。
來源于李斯特菌的迷你鐵蛋白（DNA-binding protein from starved cells, Dps）是鐵蛋白超家族的一員，具有由12個亞基自組裝形成的納米籠型結(jié)構(gòu)。Dps擁有特異性結(jié)合游離Fe2+的鐵氧化酶活性中心，能高效利用H2O2將Fe2+快速氧化成Fe3+并儲存于其內(nèi)腔。因此，Dps是一種能抑制Fenton反應(yīng)和HO·生成的天然納米材料。
中國科學(xué)院武漢病毒研究所/生物安全大科學(xué)研究中心李峰研究員課題組通過對Dps納米籠進行表面改造，在Dps亞基N端引入適量組氨酸，賦予其細胞穿膜功能，在人源皮膚成纖維細胞上證實了改造的Dps主要利用網(wǎng)格蛋白介導(dǎo)的內(nèi)吞途徑進入細胞，通過抑制Fenton反應(yīng)發(fā)揮高效的抗氧化作用，并在小鼠皮炎模型上證實了Dps活體水平的抗氧化治療效果。Dps的抗氧化作用需同時消耗H2O2和Fe2+，原理上有助于克服ROS和金屬離子內(nèi)穩(wěn)態(tài)失衡問題。此外，它還具有天然的生物相容性、生物可降解性、良好的酸穩(wěn)定性、易于制備和工程化改造等優(yōu)點。Dps作為一個獨特的生物納米醫(yī)藥平臺，在抗衰老、抗炎、抗病毒感染、化妝品開發(fā)等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，他們正在開展進一步的應(yīng)用探索。
相關(guān)研究成果于2月15日在線發(fā)表于Nanoscale。武漢病毒所朱偉偉和方倜為論文的共同第一作者，李峰研究員為通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金和中國科學(xué)院應(yīng)急專項等項目的支持。
論文鏈接：https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2021/NR/D0NR08878A#!divAbstract
圖示：表面工程化的迷你鐵蛋白Dps通過抑制Fenton反應(yīng)在細胞和動物水平上表現(xiàn)出良好的抗氧化作用