纳米材料表面化学调控巨噬细胞脂质代谢的研究取得新进展

近日，课题组与国家纳米科学中心陈春英院士团队合作，在纳米材料表面化学调控巨噬细胞脂质代谢的研究取得重要进展，相关成果以“Selective regulation of macrophage lipid metabolism via nanomaterials’ surface chemistry”为题，发表在《自然•通讯》（Nature Communications）上。

纳米材料进入人体后会在其表面形成蛋白冠，其中脂蛋白，特别是低密度脂蛋白(LDL)、高密度脂蛋白(HDL)和极低密度脂蛋白(VLDL)是这种蛋白冠的关键组成部分。脂蛋白作为胆固醇和脂质的载体，其组成和结构的变化可以显著影响生理过程，包括脂质代谢和炎症。然而，脂蛋白吸附到纳米材料上的生物学后果在很大程度上仍未被探索。因此，研究脂蛋白与纳米材料之间的相互作用以及随后的生物效应，对于建立纳米材料安全应用的指导方针至关重要。在脂蛋白中，低密度脂蛋白因其与动脉粥样硬化发病机制相关而引起了极大的兴趣。LDL的结构改变或化学修饰可促使其聚集和融合，导致巨噬细胞通过清道夫受体或吞噬作用加速摄取。这反过来又导致脂质代谢失衡和脂滴聚集，最终导致泡沫细胞的形成，泡沫细胞是动脉粥样硬化的标志，并对人类健康构成重大威胁。低密度脂蛋白已被确定为纳米材料蛋白冠的主要成分，但我们对纳米材料如何与脂蛋白相互作用以及它们对脂蛋白结构、组成和低密度脂蛋白生理功能的潜在修饰的理解仍然有限。

基于此，研究人员以二维氧化石墨烯纳米片(GO)作为碳纳米材料的模型，综合同步辐射技术发展了纳米材料-磷脂/蛋白冠界面的原位分析方法来研究纳米脂蛋白的界面结构，并将脂蛋白的结构、组成和化学变化与细胞脂质代谢联系起来。发现不同亲水性的GOs能够吸附和富集人血清中的LDL，导致LDL的结构和形态发生不同的变化。随后使用先进的技术，包括同步辐射圆二色谱（SR-CD）和X射线反射（XRR）技术，辅以分子模拟，来阐明GO和LDL成分(如磷脂和载脂蛋白)之间形成的界面结构。最后，我们在分子和细胞水平上建立了巨噬细胞中LDL结构变化与各种脂质代谢过程之间的联系，包括巨噬细胞中的LDL摄取、脂质运输、积累和外排。综上所述，研究人员证明了纳米材料的物理化学性质在调节脂蛋白结构、生理功能和命运方面的重要作用，特别是在巨噬细胞脂质代谢的背景下，从而促进了纳米材料未来的安全性评估和生物医学应用。

        图注：氧化石墨烯表面化学影响与低密度脂蛋白作用，从而可精准地调控巨噬细胞脂代谢。

        论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-52609-7

        该研究得到陈春英院士、赵宇亮院士、浙江大学胡国庆教授、芝加哥大学Binhua Lin教授与Wei Bu博士的大力支持。该研究基于国内外同步辐射装置包括合肥国家同步辐射实验室、北京同步辐射、上海光源、美国先进光源等发展了纳米-脂蛋白界面作用的分析方法，得到中国科学院建制化项目、国家自然科学基金、国家重点研发专项、北京市自然科学基金、中国博士后基金等项目支持。