? ? ? ?近日，天津大學吳水林教授課題組在ACS Nano上報道這樣一種“黑科技”：利用人體毛發提取物作為納米材料，有效提高抗耐藥細菌效果的同時，還促進傷口愈合。不僅如此，該研究還使用蛋白質組學技術系統闡述了毛發提取物在組織修復過程中的機制，中科新生命為該研究的蛋白組學部分提供了技術服務。
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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
實驗材料：
（1）黑素體納米材料（HHM）：人體毛發經過堿（0.5M NaOH）加熱處理提取得到
（2）體外抗菌實驗：耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA）和大腸桿菌
（3）體內抗菌/愈傷實驗：背部創傷小鼠/背部創傷+MRSA感染小鼠
（4）蛋白質組實驗：傷口皮膚組織
技術路線：
實驗結果：
1. HHM的理化性質分析
研究團隊經過一系列理化性質的觀察和檢測，發現HHM具有以下特性：
I. 人體毛發中提取的HHM主要由角蛋白及黑色素構成；角蛋白由17種氨基酸構成，并且含有一些易與肽結合的基序（如Glu-Asp-Ser 和Leu-Asp-Val)，有助于HHM的細胞黏附及蛋白互作。（圖1）
圖1. HHM結構及角蛋白氨基酸組成
II. 由于所帶電荷不同，HHM易與溶菌酶結合。
III. HHM在仿生理環境下（PBS，37 ℃）具有短期穩定，長期降解的特性，在水溶液中則相對穩定。（圖2）
圖2. HHM在水以及PBS溶液中的穩定性
IV. 近紅外的光-熱轉化效率與HHM濃度呈正相關。（圖3）
圖3. HHM溶液的光-熱轉化效率
V. 無細胞毒性以及良好的細胞相容性。
通過以上一系列理化實驗發現，HHM具有細胞親和、可降解、光-熱轉化效率高等性質，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結合近紅外輻射具有良好的抗菌效果
接下來，研究團隊分別在體外及體內考察HHM結合近紅外輻射的抗菌效果。結果表明，HHM本身具有一定的抗菌效果，HHM-溶菌酶復合物具有更強的抗菌能力。當結合近紅外輻射以及HHM-溶菌酶復合物共同作用時，對MRSA的體外抗菌效果最高能達到97.90% ± 2.19%（圖4&圖5）。研究團隊認為：HHM具有很高的細胞親和力，它首先結合到細胞表面；然后近紅外輻射導致HHM附近溫度升高，破壞與之結合的細胞膜結構，增加膜通透性；由于膜結構的破壞，進一步促進溶菌酶與細胞的相互作用，進而加快細胞壁的降解；由于細胞膜和細胞壁的破壞，反過來又降低細胞的耐熱性能，增強光-熱輻射的殺菌效果。總之，HHM-溶菌酶復合物與近紅外輻射起到一種協同作用達到抗菌的效果（圖6）。
圖4. HHM-溶菌酶復合物結合近紅外輻射對MRSA的體外抗菌效果
圖5. HHM-溶菌酶復合物結合近紅外輻射對MRSA的體內抗菌效果
圖6. HHM-溶菌酶復合物與近紅外輻射結合抗菌的機制示意圖
3. HHM具有促進傷口組織愈合的作用
在研究HHM細胞毒性以及細胞相容性時發現，HHM以及HHM-溶酶體復合物不僅不會顯著降低細胞活性，反而會促進細胞的增殖。進一步通過小鼠實驗發現，HHM具有促進傷口愈合的作用（圖7）。
圖7. HHM-對小鼠傷口的促進愈合作用
為探究HHM促進傷口愈合的機制，作者進而對小鼠傷口的皮膚組織進行了TMT標記（Tandem Mass Tag）定量蛋白質組學分析。結果發現，經過HHM處理之后，共有243個上調表達的蛋白以及231個下調表達的蛋白。KEGG通路富集分析表明，蛋白質消化及吸收信號通路顯著上調，這其中包括了13個a-鏈膠原蛋白，且這13個蛋白具有很強的相互作用（圖8），說明了HMM很有可能是基于增強膠原蛋白表達的機制來達到促進傷口愈合的效果。
圖8. 小鼠傷口皮膚組織的蛋白質組差異分析
接著，作者在13個蛋白中挑取一個差異倍數最低的Col14a1蛋白進行PRM靶向驗證，證實該蛋白的確在HMM處理過程中顯著上調。
根據以上的實驗結果，研究團隊對HMM促進傷口愈合的機制給出系統的解釋：首先，HMM具有良好的細胞結合性能，HMM中角蛋白在逐漸降解的過程中，其產生的氨基酸很容易被細胞直接吸收和轉運；在這個過程中，蛋白質消化及吸收信號通路被激活，促進a-鏈膠原蛋白的表達，從而促進細胞外機制中膠原纖維的形成，最終加速傷口的愈合（圖9）。
圖9. HMM促進傷口愈合機制示意圖
總結：
1. 從人體毛發中提取的黑素體衍生物（HHM）是一種理想的醫用材料，HHM-溶菌酶復合體與光-熱輻射結合可以有效抑制耐藥菌株的生長，同時促進傷口愈合。
2. 蛋白質組學結果揭示HHM的促傷口愈合作用是通過增強皮膚組織的膠原蛋白表達實現的。
3. 本文的蛋白質組學實驗用到了TMT+PRM驗證的方式。蛋白質組學結果的驗證目前已經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鍵差異蛋白中的差異倍數最小的Col14a1蛋白進行驗證，也是一種可以借鑒的思路。
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