近日，天津大学吴水林教授课题组在ACS Nano上报道这样一种“黑科技”：利用人体毛发提取物作为纳米材料，有效提高抗耐药细菌效果的同时，还促进伤口愈合。不仅如此，该研究还使用蛋白质组学技术系统阐述了毛发提取物在组织修复过程中的机制，中科新生命为该研究的蛋白组学部分提供了技术服务。
Lysozyme-Assisted Photothermal Eradication of Methicillin-Resistant Staphylococcus aureus Infection and Accelerated Tissue Repair with Natural Melanosome Nanostructures
IF= 13.903
实验材料：
（1）黑素体纳米材料（HHM）：人体毛发经过碱（0.5M NaOH）加热处理提取得到
（2）体外抗菌实验：耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）和大肠杆菌
（3）体内抗菌/愈伤实验：背部创伤小鼠/背部创伤+MRSA感染小鼠
（4）蛋白质组实验：伤口皮肤组织
技术路线：
实验结果：
1. HHM的理化性质分析
研究团队经过一系列理化性质的观察和检测，发现HHM具有以下特性：
I. 人体毛发中提取的HHM主要由角蛋白及黑色素构成；角蛋白由17种氨基酸构成，并且含有一些易与肽结合的基序（如Glu-Asp-Ser 和Leu-Asp-Val)，有助于HHM的细胞黏附及蛋白互作。（图1）
图1. HHM结构及角蛋白氨基酸组成
II. 由于所带电荷不同，HHM易与溶菌酶结合。
III. HHM在仿生理环境下（PBS，37 ℃）具有短期稳定，长期降解的特性，在水溶液中则相对稳定。（图2）
图2. HHM在水以及PBS溶液中的稳定性
IV. 近红外的光-热转化效率与HHM浓度呈正相关。（图3）
图3. HHM溶液的光-热转化效率
V. 无细胞毒性以及良好的细胞相容性。
通过以上一系列理化实验发现，HHM具有细胞亲和、可降解、光-热转化效率高等性质，非常适用于辅助近红外辐射抗菌疗法的辅助纳米材料。
2. HHM结合近红外辐射具有良好的抗菌效果
接下来，研究团队分别在体外及体内考察HHM结合近红外辐射的抗菌效果。结果表明，HHM本身具有一定的抗菌效果，HHM-溶菌酶复合物具有更强的抗菌能力。当结合近红外辐射以及HHM-溶菌酶复合物共同作用时，对MRSA的体外抗菌效果最高能达到97.90% ± 2.19%（图4&图5）。研究团队认为：HHM具有很高的细胞亲和力，它首先结合到细胞表面；然后近红外辐射导致HHM附近温度升高，破坏与之结合的细胞膜结构，增加膜通透性；由于膜结构的破坏，进一步促进溶菌酶与细胞的相互作用，进而加快细胞壁的降解；由于细胞膜和细胞壁的破坏，反过来又降低细胞的耐热性能，增强光-热辐射的杀菌效果。总之，HHM-溶菌酶复合物与近红外辐射起到一种协同作用达到抗菌的效果（图6）。
图4. HHM-溶菌酶复合物结合近红外辐射对MRSA的体外抗菌效果
图5. HHM-溶菌酶复合物结合近红外辐射对MRSA的体内抗菌效果
图6. HHM-溶菌酶复合物与近红外辐射结合抗菌的机制示意图
3. HHM具有促进伤口组织愈合的作用
在研究HHM细胞毒性以及细胞相容性时发现，HHM以及HHM-溶酶体复合物不仅不会显著降低细胞活性，反而会促进细胞的增殖。进一步通过小鼠实验发现，HHM具有促进伤口愈合的作用（图7）。
图7. HHM-对小鼠伤口的促进愈合作用
为探究HHM促进伤口愈合的机制，作者进而对小鼠伤口的皮肤组织进行了TMT标记（Tandem Mass Tag）定量蛋白质组学分析。结果发现，经过HHM处理之后，共有243个上调表达的蛋白以及231个下调表达的蛋白。KEGG通路富集分析表明，蛋白质消化及吸收信号通路显著上调，这其中包括了13个a-链胶原蛋白，且这13个蛋白具有很强的相互作用（图8），说明了HMM很有可能是基于增强胶原蛋白表达的机制来达到促进伤口愈合的效果。
图8. 小鼠伤口皮肤组织的蛋白质组差异分析
接着，作者在13个蛋白中挑取一个差异倍数最低的Col14a1蛋白进行PRM靶向验证，证实该蛋白的确在HMM处理过程中显著上调。
根据以上的实验结果，研究团队对HMM促进伤口愈合的机制给出系统的解释：首先，HMM具有良好的细胞结合性能，HMM中角蛋白在逐渐降解的过程中，其产生的氨基酸很容易被细胞直接吸收和转运；在这个过程中，蛋白质消化及吸收信号通路被激活，促进a-链胶原蛋白的表达，从而促进细胞外机制中胶原纤维的形成，最终加速伤口的愈合（图9）。
图9. HMM促进伤口愈合机制示意图
总结：
1. 从人体毛发中提取的黑素体衍生物（HHM）是一种理想的医用材料，HHM-溶菌酶复合体与光-热辐射结合可以有效抑制耐药菌株的生长，同时促进伤口愈合。
2. 蛋白质组学结果揭示HHM的促伤口愈合作用是通过增强皮肤组织的胶原蛋白表达实现的。
3. 本文的蛋白质组学实验用到了TMT+PRM验证的方式。蛋白质组学结果的验证目前已经是高水平论文必不可少的一步。而本文作者比较讨巧地选取了关键差异蛋白中的差异倍数最小的Col14a1蛋白进行验证，也是一种可以借鉴的思路。
