Nat Communi：深圳先进技术研究院郑明彬等通过不硬杀菌先拆“DNA铠甲”，把结核菌从生物膜里拽出来

结核分枝杆菌（Mtb）生物膜以胞外DNA（eDNA）作为保护性结构支架，包裹膜内细菌，使其免受宿主免疫与抗生素的杀伤，进而造成持续性感染。一种获FDA批准的DNase可对eDNA进行部分水解，但对Z-DNA的结合亲和力与核酸酶解活性均存在局限。

2026年9月17日，中国科学院深圳先进技术研究院郑明彬、南方科技大学卢洪洲、Tetsuya Asakawa、赵鹏飞共同通讯在Nature Communications在线发表题为“Nano-NucleOTAC-mediated Z-DNA transformation disrupts mycobacterium tuberculosis biofilms and activates antibacterial immunity”的研究论文。本研究证实结核分枝杆菌生物膜内富含Z-DNA后，构建了纳米核酸降解靶向嵌合体Nano-NucleOTAC；该分子融合eDNA结合配体乳铁蛋白、DNA嵌入剂氯喹与DNase。Nano-NucleOTAC可锚定结核分枝杆菌H37Ra生物膜中的Z-DNA，通过Z-DNA构象转换与酶切作用高效降解生物膜。

经该制剂处理后，分散的结核分枝杆菌H37Ra菌群可诱导中性粒细胞胞外诱捕网（NET）形成，并促进肿瘤坏死因子（TNF）、IL-1β、IL-10分泌以募集巨噬细胞；相较于单独使用DNase，NET重塑与核酸降解可进一步提升巨噬细胞的杀菌能力。在小鼠肺部感染模型中，Nano-NucleOTAC能够提高肺部药物滞留量、减轻组织病变并重启宿主免疫应答。该制剂对不同毒力的结核分枝杆菌菌株（H37Ra、H37Rv）及非结核分枝杆菌均表现出强效抗菌活性。针对临床痰液样本的实验显示，Nano-NucleOTAC可增强利福平的药效，并提升支气管肺泡灌洗液（BALF）与脓液内中性粒细胞、巨噬细胞的抗菌免疫水平。这种安全、多功能的靶向核酸干预策略可调控细菌生物物理屏障并调节宿主免疫，为生物膜相关多重耐药菌感染提供全新解决思路。

细菌生物膜是包裹在自身分泌胞外聚合物（EPS）基质内的复杂微生物群落。该基质富含胞外DNA（eDNA）、蛋白质、多糖与脂质，可保护细菌抵御抗生素杀伤及宿主免疫攻击，发挥关键作用。高致病性结核分枝杆菌（Mtb）是致死性结核病（TB）的致病菌，其可在人体肺部肉芽肿内部形成致密生物膜，是结核持续感染与病情复发的重要诱因。脱氧核糖核酸酶（DNase）已获FDA批准，用于降解生物膜中的eDNA，但该制剂存在生物膜穿透能力不足、eDNA降解不彻底等局限。与此同时，生物膜内的eDNA包含Z型DNA与B-DNA；随着生物膜不断成熟，可耐受DNase降解的Z-DNA会不断蓄积。Z-DNA产生的空间位阻会大幅阻碍DNase结合并切割eDNA。Z型DNA赋予生物膜结构核酸酶抵抗能力，极大促进依赖eDNA的细菌生物膜长期存续。因此，攻克Z-DNA降解难题、清除成熟生物膜，对治疗难治性结核感染至关重要。

结核感染过程中，中性粒细胞与巨噬细胞介导的宿主免疫应答是控制感染的核心环节。中性粒细胞作为机体第一道防线，会快速募集至感染部位，并发生中性粒细胞胞外诱捕网形成（NETosis），释放中性粒细胞胞外诱捕网（NETs）捕获、固定Mtb。NETs由DNA与过氧化物酶共同构成；网状DNA结构依靠电荷相互作用捕获细菌，随后过氧化物酶杀灭被捕获的细菌。NETs可发挥类调理素作用增强吞噬活性，促进巨噬细胞吞噬NETs中的过氧化物酶，高效清除胞内致病菌。但需要指出，NETs中同样含有耐受DNase降解的Z-DNA结构。这种降解抵抗性会阻碍NETs裂解为碎片，抑制巨噬细胞杀菌功能。由此可见，高效降解Z-DNA，对清除成熟生物膜、调控宿主针对耐药Mtb的免疫应答具有关键意义。

耐受DNase的Z-DNA可稳定生物膜、帮助细菌逃逸宿主免疫，因此亟需开发靶向降解Z-DNA的技术。靶向嵌合体（TACs）由靶向结构域与效应结构域偶联而成：靶向结构域引导分子结合特定靶点，效应结构域介导底物降解，是精准清除有害靶点的有力工具。

Nano-NucleOTAC可提升抗TB药物或免疫细胞在临床样本中的杀菌效力（摘自Nature Communications ）

本研究构建了纳米核酸靶向嵌合体（Nano-NucleOTAC）技术平台。基于该平台，制备DNase-氯喹纳米粒（DCNP）：将DNA降解酶DNase、DNA嵌入剂氯喹，负载于经二硫键修饰改造的乳铁蛋白（LF）载体中。本研究从多项生物膜物理指标评估DCNP的处理效果，包括生物膜清除效率、DNA组分比例、生物膜厚度、形变应力以及细菌从生物膜中分散释放能力；同时通过检测NET生成、病原体捕获能力、巨噬细胞功能复活性，评价DCNP介导Z-DNA构象改变后体内外免疫杀菌效果。借助免疫荧光显微镜，本研究证实Mtb感染小鼠肺组织及临床样本中均存在Z-DNA；经DCNP处理后，上述样本对抗结核药物的杀菌敏感性显著提升，机体针对Mtb的固有免疫应答显著增强，证明该体系具备提升抗生素药效、强化抗菌免疫的巨大潜力。综上，本研究开发的Nano-NucleOTAC技术，有望为多重耐药、生物膜相关Mtb感染提供极具前景的治疗方案。

参考消息：https://doi.org/10.1038/s41467-026-77825-1