南开大学陈瑶/天津中医药大学李遇伯合作《自然·通讯》：COFs高效选择性去除肠道内尿毒症毒素前体以干预慢性肾病

慢性肾病（CKD）已成为全球性的公共卫生负担。如果不及时治疗，CKD易发展为终末期肾病（ESRD），需要透析甚至肾移植。蛋白结合型尿毒症毒素（PBUTs）的积累是CKD发展为ESRD的关键风险因素。其中，硫酸吲哚酚（IS）是由吲哚合成的代表性PBUTs之一，由于其高蛋白结合特性，通过传统的血液透析去除具有很大的挑战性。而且，透析治疗需要昂贵的医疗费用和多次住院治疗。值得注意的是，从肠道中去除IS前体吲哚成为降低血清IS水平有效且可行的措施。因此，迫切需要一种靶向吲哚的非透析策略。功能多孔材料在生物医学领域的应用为替代疗法提供了重要机遇。其中一种典型代表是AST-120活性炭，目前其已应用于临床，通过吸附肠道源性尿毒症毒素前体降低血清IS水平。基于对慢性肾病发病进程与尿毒症毒素积累的关联性分析和理性设计，南开大学陈瑶团队和天津中医药大学李遇伯团队联合开发并制备了一种绿色可扩展的超微孔乙烯基（C=C）共价有机框架（COF）材料，其在对目标物质的特异性吸附和选择性上实现突破，展现出优异的胃肠液稳定性、高选择性、高清除效率和良好的生物相容性。COFs作为吸附剂选择性去除吲哚有效降低了血清IS水平，为通过非透析策略消除PBUTs以干预慢性肾病开辟了一条新途径。

图1. 烯烃COFs作为吸附剂减少吲哚摄入量以延缓慢性肾病进程的示意图

在此研究中，作者选择了具有高结晶性、稳定性和超小孔径的烯烃COF（NKCOF-12）作为研究对象（图2）。作者首先在模拟肠液中进行了吲哚吸附实验以模拟COFs的体内应用过程。结果表明，NKCOF-12具有优异的吸附性能（13.31 μg mg−1），在15 min内迅速达到吸附平衡。通过吸附动力学模型和吸附等温线模型研究，证明该COF的吸附动力学较符合准二级动力学模型和Freundlich等温线模型。此外，作者选择肠内与吲哚共存且结构相似的吲哚-3-乙酸、犬尿酸和色氨酸作为对照底物，探讨COFs对吲哚的选择性。结果显示NKCOF-12对吲哚表现出优异的选择性吸附性能，在15 min内NKCOF-12对吲哚的吸附量与AST-120相当，有利于在短时间内阻止肠道对吲哚的摄取。

图2. 烯烃COFs对吲哚的选择性吸附性能

为了探究所合成COFs的生物安全性，作者采用Caco-2细胞进行了细胞毒性及细胞摄取实验。细胞毒性实验显示，NKCOF-12在高达0.8 mg mL−1浓度下孵育24 h后，细胞存活率仍在80%以上。通过共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）定性评估细胞摄取，细胞中未观察到NKCOF-12的荧光信号，进一步表明NKCOF-12不能被细胞吸收。为了实现NKCOF-12在体内去除吲哚的应用，作者进一步评价了NKCOF-12的体内毒性，小鼠给予NKCOF-12后，体重和脏器指数与正常组相比无明显异常，主要器官（心、肝、脾、肺、肾、胃、肠）未见明显组织损伤或病理改变。以上结果充分证实了乙烯基COFs的良好生物安全性，在生物医学领域具有潜在的应用前景。

图3. 烯烃COFs的体外生物安全性

基于以上结论，作者评价了NKCOF-12在体内去除吲哚的效果。通过腺嘌呤饮食诱导建立小鼠CKD模型，观察NKCOF-12干预对CKD小鼠肾脏病理及血清IS水平的影响。与正常组比较，模型组大鼠体重和肾脏指数明显降低。NKCOF-12组与AST-120组大鼠肾脏指数均高于模型组。小鼠血清IS检测结果表明，与模型组相比，NKCOF-12与AST-120显著降低了血清IS水平。结果充分证明NKCOF-12能有效去除吲哚，从而降低血清IS水平，而且NKCOF-12与AST-120具有相同的疗效。因此，使用NKCOF-12替代AST-120降低CKD小鼠血清IS水平是可行的。

图4. 烯烃COF降低血清IS水平以延缓慢性肾病进程

本研究创新性地提供了一种基于乙烯基COFs的非透析治疗策略，用于有效降低血清中PBUTs-IS的水平。所建立的非透析治疗策略在中草药肾病的治疗中具有很大的应用前景。该成果近期发表在Nature Communications上，通讯作者为南开大学陈瑶研究员和天津中医药大学李遇伯教授，该工作得到了国家自然科学基金项目、国家重点研发计划项目、天津市人才发展特殊支持计划高层次创新创业团队等项目的支持.

封面来源于图虫创意