基于白术多糖的复合水凝胶通过调控巨噬细胞极化与血管生成促进糖尿病伤口愈合的研究

《Journal of Ethnopharmacology》：A novel composite hydrogel containing natural polysaccharides derived from Atractylodes macrocephala Koidz. for diabetic wound healing

本研究针对糖尿病伤口愈合困难的临床难题，开发了一种负载白术多糖(AMP)的CBM940/CMC-Na复合水凝胶。研究发现AMP可促进高糖环境下HUVECs的增殖、迁移和成管能力，并通过调控巨噬细胞向M2表型极化发挥抗炎作用。动物实验证实AMP水凝胶能显著加速糖尿病小鼠伤口愈合，其机制与上调CD31表达、降低TNF-α和NF-κB水平相关。该研究为糖尿病伤口治疗提供了新型敷料选择。

　　

糖尿病伤口是糖尿病患者最严重的并发症之一，约15%的糖尿病患者会出现伤口愈合障碍，严重时可发展为糖尿病足溃疡，甚至导致截肢和死亡风险。正常伤口愈合包括止血、炎症、增殖和重塑四个阶段，但糖尿病伤口往往无法按照标准愈合进程进行，在不同阶段可能出现停滞，如持续的氧化应激和炎症反应。目前临床常规干预措施包括清创、敷料治疗、负压治疗和表皮生长因子应用等，但这些方法往往疗效不佳，导致复发率和截肢风险增加。

在传统中医药理论中，健脾益气可有效促进糖尿病患者伤口愈合。白术(Atractylodes macrocephala Koidz.)作为"补气健脾第一要药"，具有增强免疫细胞活性、调节炎症因子水平、促进局部血液循环等作用。然而，白术促进伤口愈合的主要活性成分及其潜在机制尚不清楚。其中，白术多糖(AMP)作为重要生物活性成分，具有降血糖、免疫调节、抗炎、抗氧化等多种药理活性，但其对糖尿病伤口的疗效及作用机制尚未被研究。

为此，研究人员在《Journal of Ethnopharmacology》上发表论文，报道了一种含有白术多糖的复合水凝胶在糖尿病伤口愈合中的应用研究。该研究通过水提法和Sevag法从白术中提取纯化AMP，利用UV-Vis光谱、FT-IR、HPGPC、离子色谱和SEM等技术表征其化学结构；建立高糖诱导的HUVEC模型，研究AMP的促增殖、促迁移和成管能力；通过qPCR和ELISA评估AMP对巨噬细胞炎症反应的影响；采用SEM、FT-IR和流变学分析研究AMP负载复合水凝胶的结构和力学特性；建立全层切除糖尿病小鼠模型，通过H&E染色和免疫组化分析探讨治疗机制。

主要技术方法包括：从白术中提取纯化多糖成分，通过光谱学和色谱学技术进行结构表征；建立高糖诱导的血管内皮细胞损伤模型和巨噬细胞炎症模型进行体外药效评价；构建CBM940/CMC-Na复合水凝胶载药体系，通过材料学方法评估其理化性质；采用STZ诱导的糖尿病小鼠伤口模型进行体内疗效验证，通过组织病理学和免疫组化分析机制。

3.1. AMP的特性特征

研究人员成功从白术中分离纯化得到白色均一的AMP，得率约为5.539%。结构分析表明AMP是一种平均分子量为3454 Da的酸性杂多糖，由葡萄糖、鼠李糖、半乳糖、阿拉伯糖和半乳糖醛酸组成，摩尔百分比分别为33.1%、2.5%、21.6%、30.4%和12.4%。FT-IR光谱显示AMP具有多糖的典型特征吸收峰，SEM观察显示AMP颗粒呈现空间结构化的三维结构。

3.2. AMP促进HUVECs的增殖、迁移和成管形成

在高糖环境下，AMP能显著改善高糖诱导的HUVECs活力下降，呈剂量依赖性促进细胞增殖。细胞划痕实验表明AMP能明显改善细胞迁移能力，减少划痕区域宽度。成管实验进一步证实AMP能促进高糖损伤的HUVECs形成更完整、更密集的管网结构，增加形成管道的相对长度和管状连接点数量。

3.3. AMP展现抗炎特性

AMP能剂量依赖性地下调LPS诱导的M1型巨噬细胞标志物(TNF-α、IL-6和IL-1β)的表达，同时显著增强M2型标志物(Arg-1、IL-10和TGF-β)的mRNA水平。ELISA检测发现AMP能降低LPS诱导的IL-6分泌，同时显著增加IL-10的分泌水平，表明AMP通过调节巨噬细胞极化发挥抗炎作用。

3.4. AMP水凝胶的制备与表征

通过CBM940和CMC-Na之间的氢键网络构建水凝胶基质，AMP的加入因其富含半乳糖醛酸基团而增加了氢键密度，形成了均匀稳定的水凝胶结构。SEM观察显示，随着AMP浓度的增加，水凝胶的孔结构更加均匀，孔径逐渐减小。流变学研究表明AMP水凝胶具有良好的稳定性和剪切稀化特性，适合用于伤口敷料。

3.6. AMP水凝胶促进糖尿病小鼠伤口愈合

动物实验表明，AMP水凝胶能显著促进糖尿病小鼠伤口愈合，治疗第10天时，AMP_0.55/CCHG、AMP_1.1/CCHG和阳性药JWH组的伤口闭合率均超过95%。H&E染色和Masson染色显示AMP水凝胶治疗组具有更多的局部再上皮化、完整的表皮和较少的炎症细胞，胶原蛋白产生显著增加。

3.8. AMP水凝胶增强体内血管生成和抗炎作用

免疫组化分析显示，与DM组相比，AMP水凝胶治疗组CD31表达显著增加，血管数量和直径也明显增加。同时，AMP水凝胶能降低伤口区域TNF-α和NF-κB的表达水平，表明其通过促进血管生成和减轻炎症反应来加速伤口愈合。

讨论与结论

本研究首次系统阐述了AMP及其复合水凝胶在糖尿病伤口愈合中的促进作用及其机制。AMP通过保护血管内皮细胞功能、促进血管生成、调节巨噬细胞极化等多途径发挥治疗作用。特别是AMP富含的半乳糖醛酸基团使其能够与CBM940和CMC-Na形成更稳定的氢键网络，提高了水凝胶的力学性能和药物缓释能力。

研究结果表明，AMP水凝胶能有效促进糖尿病伤口愈合，其机制涉及上调CD31表达促进血管生成，降低TNF-α和NF-κB水平减轻炎症反应，促进再上皮化和胶原沉积。这些作用共同促进了伤口从炎症期向增殖期和重塑期的顺利过渡。

该研究的创新点在于将传统中药活性成分与现代材料科学相结合，开发出具有良好生物相容性和治疗效果的新型伤口敷料。然而，研究也存在一定局限性，如对AMP的高级结构特征研究不够深入，缺乏细胞实验的阳性对照药物，对AMP调节的具体信号通路机制需要进一步阐明。未来研究应重点关注AMP的结构-活性关系、分子作用机制以及水凝胶的关键性能参数，为糖尿病伤口治疗提供更有效的解决方案。