中药自组装纳米水凝胶通过Nrf2/NF-κB轴调节线粒体功能促进糖尿病创面愈合

《Materials Today Advances》：Hydrogel delivering self-assembled herbal nanoparticles accelerates diabetic wound healing through mitochondrial regulation

本研究针对糖尿病创面愈合中存在的持续性炎症、氧化应激及线粒体功能障碍等关键难题，开发了一种由柚皮素(Nar)和姜黄素(Cur)通过π-π堆积和氢键自组装形成的纳米颗粒(NC NPs)，并将其负载于温敏水凝胶(NC@Gel)中。研究证实NC@Gel能有效清除ROS、改善线粒体功能、促进巨噬细胞向M2型极化，并通过激活Nrf2/HO-1通路、抑制NF-κB信号通路，显著加速糖尿病小鼠创面愈合。该研究为开发协同抗炎抗氧化的新型糖尿病创面敷料提供了新策略。

　　

糖尿病创面难愈是临床面临的严峻挑战，其核心病理机制涉及持续性炎症、过度氧化应激和细胞功能紊乱相互交织的恶性循环。传统治疗手段往往难以打破这一僵局。那么，能否开发一种新型材料，同时靶向多个关键环节，为糖尿病创面修复带来突破？发表在《Materials Today Advances》上的这项研究，给出了一个充满希望的答案：研究人员巧妙利用两种天然活性分子，构建了一种智能水凝胶敷料，如同一位“多面手”，在创面微环境中精准发力，显著促进了愈合进程。

本研究主要运用了以下几个关键技术方法：通过生物信息学分析(GSE80149数据集)筛选糖尿病足溃疡差异表达基因及关键通路；采用分子自组装技术制备柚皮素和姜黄素纳米颗粒(NC NPs)，并通过动态光散射(DLS)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)等进行表征；构建了Pluronic F-127温敏水凝胶载药系统(NC@Gel)并评估其流变学特性；利用过氧化氢(H₂O₂)诱导的人脐静脉内皮细胞(HUVEC)建立氧化应激模型；通过细胞计数试剂盒(CCK-8)、活性氧(ROS)检测、线粒体膜电位(ΔΨm)检测、钙离子荧光探针(Rhod-2)、线粒体超氧化物(mitoSOX)探针等技术评估NC NPs的细胞保护作用；建立链脲佐菌素(STZ)诱导的糖尿病小鼠全层皮肤缺损模型进行体内功效验证；采用苏木精-伊红(HE)染色、Masson染色、免疫荧光染色、蛋白质印迹(Western blot)等技术分析组织修复及相关分子机制。

炎症是限制糖尿病创面愈合过程的主要障碍

研究人员通过对公共数据库GSE80149中糖尿病足溃疡组织与正常皮肤组织的转录组数据分析发现，糖尿病创面中上调的基因显著富集于炎症细胞活化、迁移等生物过程，而下调基因主要参与皮肤再上皮化、脂质代谢调节等组织修复功能。KEGG通路分析进一步证实，IL-17、TNF和Toll样受体等经典炎症通路在糖尿病创面中显著激活。蛋白质相互作用网络分析提示CXCL2、MMP9和SPP1等因子可能在糖尿病创面中发挥关键作用。这些结果表明，免疫炎症反应是导致糖尿病创面愈合延迟的核心因素。

NC NPs的制备与表征

研究通过柚皮素和姜黄素与聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的分子自组装，成功制备了NC NPs。表征结果显示，NC NPs粒径约为110纳米，分布均匀，在溶液中稳定性良好。X射线衍射和傅里叶变换红外光谱分析表明，纳米颗粒中的药物以无定形态存在，分子间存在π-π堆积和氢键相互作用。生物相容性实验显示NC NPs在低于25微克/毫升浓度下对细胞无显著毒性。

NC NPs的功能增强效应

在过氧化氢诱导的氧化应激模型中，自组装形成的NC NPs展现出比单一组分或其物理混合物更强的活性氧清除能力和细胞增殖促进作用。浓度为5微克/毫升的NC NPs能清除92.7%的活性氧，使细胞增殖率提高2.51倍，显著优于各对照组。这表明自组装不仅改善了药物的溶解性，还产生了协同增效作用。

NC NPs通过调节线粒体功能改善氧化应激损伤

研究发现NC NPs能有效改善氧化应激下的线粒体功能。低浓度NC NPs(5微克/毫升)处理可恢复58.68%的线粒体膜电位，降低51.69%的线粒体活性氧水平，并显著改善线粒体钙超载。分子机制研究表明，NC NPs可上调核因子E2相关因子2(Nrf2)及其下游血红素加氧酶1(HO-1)的表达，同时抑制核因子κB(NF-κB) p65和微管相关蛋白轻链3(LC3)的表达，表明其可能通过Nrf2通路激活和NF-κB通路抑制发挥抗氧化和细胞保护作用。

NC@Gel水凝胶系统促进糖尿病创面愈合

体内实验显示，负载NC NPs的温敏水凝胶(NC@Gel)能显著促进糖尿病小鼠创面愈合。与空白凝胶组相比，NC@Gel治疗组在第14天几乎实现创面完全闭合，组织学检查显示肉芽组织长度增加，胶原沉积更丰富有序。二氢乙啶(DHE)染色表明NC@Gel能降低创面活性氧水平29.62%。CD31和α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)免疫荧光染色显示NC@Gel组新生血管密度显著增加。

NC@Gel通过Nrf2/NF-κB信号通路发挥抗炎作用

免疫荧光分析发现，NC@Gel治疗能促进创面巨噬细胞向M2型(CD206⁺)极化，同时降低M1型(CD86⁺)巨噬细胞比例，并减少肿瘤坏死因子α(TNF-α)等促炎因子表达。机制研究表明，NC@Gel可上调创面组织Nrf2表达约1.44倍，抑制NF-κB p65核转位约17.7%，说明其通过调节Nrf2/NF-κB信号轴平衡炎症微环境。主要器官组织学检查未发现明显病理改变，证实NC@Gel具有良好的生物安全性。

该研究成功开发了一种基于天然药物自组装纳米技术的水凝胶敷料，通过多靶点协同作用有效改善了糖尿病创面愈合的多个关键病理环节。NC@Gel不仅能有效清除活性氧、改善线粒体功能，还能通过调节Nrf2/NF-κB信号通路平衡炎症微环境，促进巨噬细胞向修复型极化，从而加速创面愈合。这种基于中药活性成分自组装的协同治疗策略，为糖尿病创面管理提供了新材料和新思路，具有重要的临床转化潜力。