学术研究报告：基于多金属氧酸盐纳米酶（PMC）协同CO释放治疗炎症性肠病（IBD）的机制研究

一、作者与发表信息
本研究由Wenzhou Medical University的Hongyang Lu、Qiang Zhou、Xiaojun Cai等团队主导，合作单位包括Ruian People’s Hospital和University of Silesia in Katowice。研究成果发表于《Advanced Science》期刊，2025年3月在线发表，文章标题为《Co-releasing Polyoxometalates Nanozyme with Gut Mucosal Immunity and Microbiota Homeostasis Remodeling Effects for Restoring Intestinal Barrier Integrity》。

二、学术背景
炎症性肠病（IBD，Inflammatory Bowel Disease）是一种慢性肠道炎症性疾病，其发病机制与肠道上皮屏障破坏、活性氧（ROS，Reactive Oxygen Species）过度积累、免疫失衡及肠道菌群紊乱密切相关。当前临床治疗药物（如5-ASA、糖皮质激素）存在疗效有限、副作用大等问题。多金属氧酸盐（POMs，Polyoxometalates）因其优异的ROS清除能力被视为潜在治疗剂，但其单一功能性和尺寸依赖性限制了应用。本研究提出将POMs与一氧化碳（CO）气体疗法结合，构建新型纳米酶PMC，旨在通过协同抗氧化、抗炎、菌群调控和屏障修复作用，实现IBD的多靶点治疗。

三、研究流程与方法
1. PMC纳米酶的合成与表征
- 合成方法：以钼基POMs纳米簇为核心，通过五羰基溴化锰（MnBr(CO)₅）与POMs的氧原子配位，形成PMC纳米酶。
- 表征技术：采用紫外-可见光谱（UV-Vis）、透射电镜（TEM）、动态光散射（DLS）和X射线光电子能谱（XPS）验证PMC的结构与稳定性。结果显示，PMC在炎症酸性环境（pH 5.5）中粒径为122 nm，zeta电位-32 mV，且Mn²⁺和Mo⁵⁺比例显著提升，增强了ROS清除能力。
- CO释放特性：在H₂O₂刺激下，PMC可响应性释放CO，释放量与ROS浓度正相关（10 mM H₂O₂下2.5小时释放4.77 μmol CO）。

1. 体外实验验证

   • 抗氧化与抗炎效应：在LPS诱导的巨噬细胞模型中，PMC通过激活血红素加氧酶-1（HO-1）通路，显著提升超氧化物歧化酶（SOD）和谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）活性，ROS清除率达84.73%。同时，PMC将M1型巨噬细胞比例从39.4%降至4.72%，并促进M2型极化（CD206⁺细胞比例增至19.7%）。
     
   • 肠屏障修复：在H₂O₂损伤的Caco-2细胞中，PMC减少细胞凋亡（凋亡率从72.8%降至45.4%），并上调紧密连接蛋白（ZO-1、Occludin）表达，促进划痕愈合（愈合率76.1%）。
     

2. 体内动物实验

   • 模型构建：采用葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导的小鼠结肠炎模型，通过直肠给药评估PMC疗效。
     
   • 疗效指标：PMC治疗组结肠长度缩短仅9.8%（DSS组为33.1%），疾病活动指数（DAI）从3.5降至1.4，组织学评分从12.6改善至3.0。
     
   • 机制验证：16S rRNA测序显示PMC增加有益菌（如Bacteroidaceae）丰度，减少致病菌（如Enterobacteriaceae）；单细胞RNA测序（scRNA-seq）证实PMC抑制M1巨噬细胞相关炎症通路（如NF-κB），激活VEGF和Notch通路促进干细胞增殖。
     

四、主要研究结果
1. 协同治疗机制：PMC通过POMs清除ROS和CO调控免疫的双重作用，打破“ROS-细胞因子-ROS”恶性循环。
2. 肠道菌群重塑：PMC显著提升菌群多样性（Shannon指数恢复至正常水平），抑制病原体定植。
3. 单细胞层面证据：scRNA-seq显示PMC增加修复型M2巨噬细胞（IL4RA⁺）和肠道干细胞（LGR5⁺）比例，促进上皮再生。

五、结论与价值
本研究开发的PMC纳米酶通过多靶点作用（抗氧化、抗炎、菌群调控和屏障修复），为IBD治疗提供了新型策略。其科学价值在于：
1. 机制创新：首次将POMs与CO气体疗法结合，证实协同效应可突破单一疗法的局限性。
2. 临床转化潜力：PMC的靶向性和生物安全性（无显著溶血或器官毒性）为其临床应用奠定基础。

六、研究亮点
1. 多功能纳米设计：PMC整合了POMs的ROS清除能力与CO的免疫调节功能，实现“一药多效”。
2. 前沿技术应用：结合scRNA-seq和16S测序，从单细胞和菌群层面解析治疗机制。
3. 精准递送系统：PMC在炎症部位的酸性环境中自组装，延长局部滞留时间。

七、其他价值
研究还揭示了CO通过Notch通路促进肠道干细胞分化的新机制，为组织修复研究提供了新思路。数据已通过开源许可公开，支持后续研究复用（DOI: 10.1002/advs.202500116）。