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脓毒症是感染引起宿主免疫应答失调导致危及生命的器官功能障碍,重症死亡率高,缺乏有效治疗药物,是我国卫生系统的主要负担之一。研究表明炎症反应失调与脓毒症的发生发展密切相关,Toll样受体（TLRs）异常活化在炎症反应失调中扮演重要的作用。TLRs可识别病原体相关分子模式（PAMPs）或损伤相关分子模式（DAMPs）。游离DNA（cfDNA）也是PAMPs和DAMPs,其是核酸碎片,包括病原体衍生的非甲基化的胞嘧啶-鸟嘌呤二核苷酸（CpG DNA）、线粒体DNA（mtDNA）、核DNA（nDNA）以及中性粒细胞外捕获网（NETs）等,可通过TLR9激活免疫细胞炎症反应。研究表明脓毒症患者血清和血浆中cfDNA含量增多,在临床上可作为脓毒症预测性及预后生物标记物,敲除TLR9的脓毒症小鼠死亡率降低,体内炎症减轻。因此,cfDNA可能是脓毒症治疗的一个重要因子。目前的技术难以实现cfDNA的特异性结合。因此,需要开发一种可高效安全结合并清除cfDNA的策略和材料。阳性高分子如第3.0代聚酰胺-胺型树枝状聚合物（PAMAM-G3）、聚乙烯亚胺（PEI）等因其与核酸的电荷相互作用而被广泛用于基因的高效安全递送,这种核酸结合聚合物（NABPs）则有望作为cfDNA的清除剂用于炎症性疾病的调控。目前已证实PAMAM-G3可通过外源性清除核酸相关危险信号分子,抑制炎症免疫细胞中TLR9的激活,从而调控炎症的发生和发展,且在多种炎症性疾病的治疗中取得了良好的效果。此外,还发现核酸结合纳米材料（NABNs）在提高cfDNA清除和抗炎效果的同时降低了毒副作用,是一种更为高效安全的cfDNA清除剂。但清除或中和cfDNA的治疗策略在脓毒症的干预作用和分子机制尚不清楚。此外,目前尚无可实现上述清除策略所需的材料或药物。因此,本论文以经典的NABPs（PAMAM-G3）为研究对象,在多种脓毒症动物模型中研究并证实其保护和治疗作用,并探索相关分子机制。在此基础上,构筑了一系列不同尺度和电荷密度的核酸结合纳米材料PEI功能化可降解介孔二氧化硅纳米材料（MSN-PEI）,在脓毒症模型中筛选最佳的治疗材料,并系统性研究其靶向性、有效性和安全性与材料结构的相互关系。本论文研究内容包括以下两个部分。第一部分探讨游离DNA清除策略在脓毒症的作用研究。（1）PAMAM-G3体外抗炎效果研究本研究进一步证实了脓毒症患者血清cfDNA含量明显高于健康人群。PAMAM-G3在体外与DNA具有高结合力,且PAMAM-G3-DNA复合物在酸性和中性环境下都较稳定。PAMAM-G3可抑制CpG寡脱氧核苷酸（CpG ODN）和脓毒症患者血清引起的HEK-BlueTM TLR9报告细胞的活化并抑制巨噬细胞分泌肿瘤坏死因子-α（TNF-α）。该研究结果表明PAMAM-G3在体外水平可有效抑制cfDNA引起的炎症反应。（2）PAMAM-G3对CpG ODN诱导的小鼠SIRS模型治疗作用的研究为了进一步证实PAMAM-G3在体内的炎症抑制作用,建立了CpG ODN诱导的全身炎症反应综合征（SIRS）模型,并以临床治疗药物血必净注射液作为阳性对照。发现PAMAM-G3可降低模型小鼠腹腔液中表达TLR9的细胞数量,降低血清TNF-α、白介素6（IL-6）水平,提高小鼠存活率,降低临床评分。该研究结果表明PAMAM-G3在体内可有效抑制DNA引起的炎症反应。（3）PAMAM-G3对盲肠结扎穿孔模型治疗作用研究为考察PAMAM-G3对脓毒症小鼠的作用,首先建立了轻、中、重度的盲肠结扎穿孔（CLP）模型,发现CLP小鼠死亡率、临床评分、血清和腹腔液cfDNA的水平随模型的严重程度不断增高。后续的研究以重度CLP模型作为研究对象。研究发现PAMAM-G3可提高小鼠144小时的存活率,降低临床评分,血清和腹腔液TNF-α、IL-6、单核细胞趋化因子1（MCP-1）和cfDNA的水平,减轻肝肾功损伤以及心脏和脾肺的损伤,其作用与血必净相当。该研究结果表明PAMAM-G3可通过降低cfDNA含量缓解炎症反应,保护脓毒症的损伤,降低死亡率,提示游离DNA清除策略的可行性。（4）PAMAM-G3对盲肠结扎穿孔模型治疗作用的机制研究研究发现注射PAMAM-G3可降低CLP小鼠腹腔液中表达TLR9的细胞数量和表达F4/80的巨噬细胞比例,也降低F4/80+CD11c+M1型巨噬细胞比例,降低腹腔巨噬细胞TLR9、接头蛋白髓系分化蛋白88（MYD88）蛋白的表达、降低磷酸化NF-κB p65蛋白与NF-κB p65蛋白的比值,降低TNF-α、诱导型一氧化氮合酶（iNOS）的mRNA表达,上调精氨酸酶1（Arg-1）的mRNA表达。该研究结果表明PAMAM-G3可通过抑制TLR9-MyD88-NF-κB通路的激活抑制巨噬细胞的活化。第二部分探讨核酸结合纳米材料MSN-PEI对脓毒症的作用。（1）MSN-PEI的制备合成、表征首先制备了MSN,其可响应还原型谷胱甘肽（GSH）发生骨架降解。为评估表面电荷密度的作用,本研究设计了三种不同电荷密度的PEI修饰和未修饰的可降解介孔二氧化硅（MSN）纳米材料:MSN-PEI 25K、MSN-PEI 800和MSN-NH2。MSN-PEI 25K和MSN-PEI 800含有相近的粒径大小和电位,但MSN-PEI 25K的表面电荷密度高于MSN-PEI 800,MSN-NH2的表面电荷密度最小。（2）MSN-PEI体外抗炎效果研究研究发现MSN-PEI在体外与DNA具有高结合力,且与DNA结合的复合物在酸性和中性环境下都较稳定。MSN-PEI和PEI均可抑制CpG ODN和脓毒症患者血清引起的HEK-BlueTM TLR9报告细胞的活化并抑制巨噬细胞分泌TNF-α,但MSN-PEI 25K和PEI 25K与DNA的结合能力与抗炎效果分别优于MSN-PEI800和PEI 800。该研究结果表明MSN-PEI和PEI在体外水平可有效抑制cfDNA引起的炎症反应,且这种效果与表面电荷密度呈正相关。（3）MSN-PEI对盲肠结扎穿孔模型的治疗作用研究研究发现MSN-PEI 25K可提高CLP小鼠144小时的存活率,降低临床评分,减少血清和腹腔液TNF-α、IL-6、MCP-1和cfDNA的水平,减轻肝肾功损伤、心脏以及脾肺的损伤,减少腹腔液中表达TLR9的细胞数量,但MSN-PEI 800的治疗效果不及MSN-PEI 25K,PEI可加重模型小鼠的炎症。该研究结果表明MSN-PEI 25K可治疗脓毒症,MSN-PEI 800和PEI 25K的治疗效果不如MSN-PEI25K。（4）MSN-PEI在盲肠结扎穿孔模型体内的分布研究研究发现CLP术后24小时,MSN-PEI 25K组CLP小鼠盲肠的Si元素含量最高,且MSN-PEI 25K在盲肠的荧光强度均高于MSN-PEI 800和PEI 25K。PEI25K和PEI 800在肝、肾和脾具有较强的荧光强度。该研究结果表明MSN-PEI 25K具有炎症部位靶向性和滞留性,MSN-PEI 800和PEI 25K的治疗效果不如MSN-PEI 25K。（5）MSN-PEI安全性研究研究发现MSN-PEI 25K组RAW264.7巨噬细胞和HUVECs人脐带静脉内皮细胞半抑制浓度(IC50)比PEI 25K组高。MSN-PEI 25K在640 mg/kg高剂量时小鼠死亡率为50%,而PEI 25K在40 mg/kg剂量时小鼠全部死亡,PEI 25K可引起小鼠心、肝、肾功能异常,肺、肝、肾组织形态学发生病理学改变,血清cf DNA,TNF-α、IL-6水平增高,血液中白细胞（WBC）、单核细胞（MONO）和血小板（PLT）数量明显降低,红细胞（RBC）和中性粒细胞（NEUT）数量明显升高。该研究结果表明MSN-PEI 25K在体内具有良好的生物安全性,PEI 25K具有较大的肝肾功毒性和血液毒性。综上所述,本论文得出以下结论:（1）cfDNA可通过激活TLR9-MyD88-NF-κB促进巨噬细胞活化,在脓毒症介导的炎症反应中具有重要作用,为脓毒症的治疗提供了新靶点。（2）核酸结合聚合物PAMAM-G3可通过缓解cfDNA诱导的炎症反应,保护脓毒症的损伤,降低死亡率,证实游离DNA清除是治疗脓毒症的策略之一。（3）高电荷密度的核酸结合纳米材料MSN-PEI 25K具有更高的炎症部位靶向和滞留性,发挥了更好的治疗效果。