表面清洁，有刻面的纳米金的纳米催化活性增强外文翻译资料

 2022-08-09 09:29:15

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表面清洁，有刻面的纳米金的纳米催化活性增强

了多发性硬化症动物模型的髓鞘再生

促进髓鞘再生的药物开发是多发性硬化症的治疗重点，它们能够通过修复脱

髓鞘来保护和恢复神经功能。一种新的表面清洁，有刻面的金纳

米晶体在慢性铜螯合剂和急性溶卵

磷脂啮齿动物模型中显示了强大的髓鞘再生活性，

。此外，口服金纳米晶体颗粒改善了铜螯合剂对小鼠开场

步态和运动性步态的影响。金纳米晶体处理少突胶质细胞前体细胞后可以导

致少突胶质细胞成熟和髓鞘分化标记的表达。另外的体外数据表明，这些金纳

米晶体是通过一种涉及到有氧糖酵解的能量代谢途径来发挥作用的。

作为对金纳米晶体的反应，共培养的中枢神经系统细胞表现出氧化还原辅酶尼古

丁腺嘌呤二核苷酸(NAD )水平升高，细胞内总ATP 水平升高，细胞外乳酸水平

升高，以及髓鞘合成相关基因的上调，这些共同导致功能性髓鞘的产生。这些临

床前的研究表明，表面清洁，有刻面的金纳米晶体代表了一种新的髓鞘再生方法来治疗多发性

硬化症。

髓鞘再生是一个非常复杂的过程，因为轴突被含有特殊蛋白质和脂质的少突胶质细胞

膜包裹，它能够促进轴突传导，并为神经元提供必要的营养支持。在髓鞘再生过程

中，少突胶质细胞每分钟可以合成10 万个蛋白质，每秒合成数千个脂质分子，所以它对能量有很强的需要

，这种细胞也成为身体内最需要能量的细胞。

受能量失调代谢影响的少突胶质细胞已被假定在多发性硬化疾病的进展中起中心作

用。在多发性硬化（MS）病变中，尽管病变部位或周围存在少突胶质前体细胞，

但是它们只有有限的髓鞘再生能力。并且它们还表现出代谢

压力。同样地，用低葡萄糖培养基培养人的少突胶质细胞，

会导致其细胞突起收缩，糖酵解活性明显降低，这是以牺牲髓鞘稳定性为代价，

有利于细胞存活。在有利的生长条件下，人少突胶质前体细胞和少突胶质细胞优

先利用氧化糖酵解而不是氧化磷酰化来产生能量，从而增强它们的分化和包裹轴

突的能力。氧化糖酵解产生丙酮酸、乙酰辅酶A 和NADPH，它们都是髓鞘必需的前体

蛋白质和脂类。糖酵解通路的增强已被认为是MS 中髓鞘再生的潜在治疗靶点。

在这里，我们阐述了一种新的纳米催化治疗的靶点，它是清洁的、有刻面的

金纳米晶体。与不腐蚀的块状金不同，在纳米尺度上的金具有很高的催化作

用。金纳米晶体催化目前被广泛应用于许多工业领域，但是直到最近才有它在生物相关

方面上的研究。金纳米晶体催化的关键反应之一是烟酰胺腺嘌呤

二核苷酸氢化物(NADH)氧化为临界含能辅助因子NAD 。NAD 和NADH 不仅是细

胞能量水平的代谢传感器，而且是ATP 生成反应、氧化磷酸化和糖酵解的重要氧

化还原偶联物。此外，NADH 氧化驱动细胞呼吸和代谢过程，在能量要求巨大的髓鞘

再生过程中起关键作用。

金纳米晶体是通过一种新的基于电结晶的方法，使用纯金丝，美国药典(USP)级水和碳酸氢钠来产生的，它的

平均直径为13nm，称为CNM-Au8。由于这种方法不需要

添加有机盖层或稳定反应物，所以它是清洁的，有刻面的纳米晶体。该方法避免了传统

合成方法在纳米晶体表面有机残留物的潜在毒性沉积。而且它的纳米催化活

性明显高于其他商业上可用的金颗粒。

我们的研究目的是确定是否金纳米晶体可以通过催化刺激和支持少突胶质细胞中的

能量代谢来导致MS 动物模型中轴突的髓鞘再生和运动能力的

恢复”。在这里，我们研究是否CNM-Au8 能够促进轴突的髓鞘再生以及它

在MS 的动物模型中恢复运动的能力，并且它能够通过增强生物能量的产生来达到诱导少突胶质前体细胞的分化以及增加神经元和少突胶质细胞的活性

。这些结果表明CNM-Au8

可能成为治疗MS 中髓鞘再生失败的一种可行的治疗方案。

结果

CNM-Au8 的表征。CNM-Au8 是一种稳定的、水悬浮金(Au)纳米晶体，形状为

六方双金字塔、五角双金字塔、八面体和四面体，用透射电子显微镜(TEM)分析。

每个纳米晶约有68,000 个Au 原子，其中位直径为13nm，相应的摩尔质量为1.3

times;10~ 4 kDa. 电结晶产生的单金纳米晶体的刻面结构如图所示。表S1 总结了

S1 和纳米晶的特性。

胶体金纳米晶体已被证明在无细胞系统中能够催化NADH 氧化为NAD 。

紫外-可见光谱分析结果表明，CNM-Au8 能使NADH 氧化为NAD （图） 1a-d)。图

1a 显示了NADH 在339nm 处吸收峰变化的时间过程，随着NAD 的增加，峰值在

259nm 处。没有添加CNM-Au8的对照组，显示NADH 吸

光度没有变化，表明NADH 单独是稳定的，在这些条件下没有氧化（图1）。

黑色曲线)。此外，CNM-Au8 对NADH 的氧化具有剂量依赖性；图1。1b 显示四

种浓度CNM-Au8(6.6、12.4、23.4 和46.8mu;g/mL)在339n m 处的NADH 吸光度随

时间的变化而变化。我们将CNM-Au8 的催化活性与两个来自美国国家标准和技术研究所(NIST)的金纳米晶体

参考标准进行了比较。，它们在等效浓度下直径分

别为10nm 和30nm。在相同的反应条件下，CNM-Au8 的纳米催化活性明显超过柠

檬酸还原的这两种金纳米晶体标准的催化活性3 倍以上（图1）。1c，d)。

同样，CNM-Au8 对活细胞的处理增加了细胞内NAD 浓度。从1大鼠胚胎取出的中

脑神经和胶质细胞的原代共培养被CNM-Au8，脑源性神经营养生长因子

(BDNF，一种神经保护的控制)和空白对照处理36 小时后。图1e 显示了细胞NAD 总量在CNM-Au8

处理后水平升高。

NAD 的增加提示糖酵解和合成代谢过程可能也受到CNM-Au8 的影响。为

了测量糖酵解活性是否升高，细胞外酸化率(ECA R)法被用来测量糖酵解活性

（图1）。1f)。图1g 显示CNM-Au8

处理原发性神经胶质共培养导致细胞外乳酸水平升高，这是由于糖酵解活性升高

而产生的。此外，非线粒体ATP 的增加可能是糖酵解活性增强的结果。如

图所示。从糖酵解活性中提取的ATP 对CNM-Au8 处理的人少突胶质细胞总ATP

水平的提高与空白对照组相比有显著的促进作用。

金纳米晶体在小鼠铜螯合剂脱髓鞘模型中的髓鞘再生。铜螯合毒素双环

己酮草酰双腙选择性诱导小鼠中枢神经系统(CNS)成熟的少突胶质细胞凋亡。喂养小鼠5周的铜螯合毒素双环

己酮草酰双腙后，胼

胝体内轴突的髓鞘得到脱落，这可作为MS 和其他白质退行性疾病的模型。为了确定

CNM-Au8 对暴露于铜螯合剂的小鼠是否有治疗作用，CNM-Au8 通过灌胃(10mg/kg/

天)（1-5 组）或放入小鼠的饮用水中（6 组和7 组）导入到随机组小鼠(N=每组

15)。预防性治疗方式包括在CPZ 治疗开始的同时向第4 组和第6 组提供

CNM-Au8，而治疗性治疗方式包括在启动双环己酮草酰双腙给药两周后开始

CNM-Au8 给药（第5 组和第7 组）。第一组作为一个没有用铜螯合剂处理过的空

白对照组，每天只通过灌胃注入生理盐水。为了评估铜螯合剂损伤的时间过程，

第2 组通过灌胃开始在铜螯合剂和空白对照上进行，然后在两周后处死，以验证

正在进行的铜螯合剂。第三组是双环己酮草酰二腙。

图1.CNM-Au8的纳米催化 增强细胞的生物能量。(a) 在6.6mu;g/mL

CNM-Au8存在下，NADH(339n m)和NAD 吸

收峰的变化 (259nm)显示NADH 转化为NAD

。显示是一个覆盖的UV-Vis 光谱采取大约1 分钟的间隔；总时间

超过60 分钟。在t=0 处NADH 起始浓度为0.08mM.. (b)CNM-Au8(6.6mu;g/mL 黑方、

12.4mu;g/mL 红圆、23.4mu;g/mL 绿色三角形、46.8mu;g/mL 蓝色三角形)对NADH 氧化

的剂量依赖性催化活性，测定NADH 的吸光度随时间的变化。(c)与NIST10nm（橙

色）和NIST30nm（红色）两个NIST 标准相比，CNM-Au8 的催化活性相同，起

始浓度为3.4mu;g/mL Au，在5.7mmNaHCO3 中加入到26mu;M NADH 中3 。在同一时

间框架内，没有黄金控制（黑色）显示26mu;M NADH 的稳定性。(d)CNM-Au8、NIST10nm

和NIST30nm 的初始催化速率，由B 所示曲线计算。(e)CNM-Au8 处理对NAD 的

影响水平，表示为空白对照的百分比变化，在初级中脑培养相比空白对照（灰色），

或BDNF 控制。纯化小鼠少突胶质细胞的细胞外酸化率在对CNM-Au8 的反应中，

在葡萄糖处理后的第三分钟，如海马Fux 分析仪所测量的，以空白对照变化百分

比表示。(g)原代大鼠中脑细胞经CNM-Au8 处理48h 后培养基中乳酸水平，

以空白对照变化百分比表示。用载体（灰色）或CNM-Au8（绿色）处理的人少

突胶质细胞M03.13 细胞的总ATP、线粒体和糖酵解胞ATP 水平。(d-g)单向方差

分析，修正为多重比较。(h)双向方差分析。所显示的数量是组表示 /minus;扫描电

镜。*plt;0.05；*plt;0.01；*plt;0.001；*plt;0.0001。

为了定量CNM-Au8 处理后的髓鞘再生活性，用ImageJ 计数每张图像中的轴

突数量（N=587 个图像；平均每个处理组84 个图像）。如所料，与假手术组相

比，铜螯合剂处理组减少了有髓鞘的轴突的百分比（图2，散点图p=0.0221，双尾

Mann-Whitney 检验）。通过灌胃给药CNM-Au8 处理后的动物观察到轴

突髓鞘的显著恢复（图2，深绿色圆圈）。预防组动物用CNM-Au8 灌胃给药后也观察

到有髓鞘的轴突的增加；但是，当对多重比较进行校正时（图2，浅绿色圆圈），

这种趋势没有达到统计学意义。随意使用CNM-Au8 的动物在透射电镜图像中也显

示出髓鞘形成的改善（图2）但是，这并没有达到统计学意义。

对每组动物胼胝体的TEM 图像也以双盲的方式进行了定性分析（图1）。2)。

经过两周的铜螯合剂处理，髓鞘形态有明显的改变。与空白对照处理控制中的

有序排列的良好包装和卵圆形，有髓轴突（图）相比。第二，“Sham”)，铜螯

合剂喂养引起广泛的中枢神经系统损伤：组织出现无组织，板层频繁分层明显，

轴突呈不规则的形状，在正常出现髓鞘的区域内观察到有脱髓鞘的轴突（图1）。

2、“空白对照(2 周CPZ)”和“空白对照(5 周CPZ)”)。相比之下，在用CNM-Au8

处理的铜螯合剂喂养的动物中，观察到广泛的正常髓鞘区域，以及很少有肿胀的

髓鞘和减少分层的发生率（图1）。2)。

这些结果证实了先前的一个试点铜螯合剂实验，其中四组小鼠，按体重随机

(N=每组4)，分别用空白对照，铜螯合剂，CNM-Au8 单独，或CNM-Au8 和铜螯合

剂（图1）。(S3)。在本研究中，CNM-Au8 处理的动物表现出更高数量的髓鞘

包裹轴突（图1）。与空白对照对照相比，胼胝体中的S3B)和这些图像的G 比

分析显示了一个不同的新有髓轴突群（图1）。S3c)。CNM-Au8 处理的动物也

表现出较高水平的髓鞘蛋白脂蛋白(PL P)表达（图1）。S3d)。综上所述，这

些脱髓鞘的动物模型研究表明，

CNM-Au8 处理始终导致更高水平的有髓轴突

CNM-Au8 的脱髓鞘不是通过铜螯合剂失活而发生的。为了排除CNM-Au8 的

活性依赖于铜螯合剂的可能性，例如通过阻断铜螯合剂的铜结合活性，紫外-可

见光谱被用来监测在CNM-Au8 存在和不存在的情况下铜与铜螯合剂的结合活性。

铜螯合在600nm 处有一个吸收峰（图1）。S4a，b)。单在双环己酮草酰双腙

中加入CNM-Au8 会导致吸光度曲线略有红移（图1）。表明CNM-Au8 与铜螯合

剂的表面相互作用较弱。然而，在CNM-Au8 存在下，铜螯合剂饱和曲线的吸收

峰在600nm 处保持不变，表明在CNM-Au8 存在下，铜螯合剂与铜相

互作用不受抑制

（图1）。S4d，e)。当单独减去CNM-Au8 引起的背景信号时，铜螯合剂

配合物的吸收光谱与没有CNM-Au8 的铜螯合剂的吸收光谱一致，表明CNM-Au8

不会影响铜螯合剂对铜的吸收，（图1）。S4d，e)。

为了评估CNM-Au8 在体内的有效性，一旦铜螯合剂被撤回，给小鼠（每组5

只）铜螯合剂5 周

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