植物化学纳米酶FA-CeO2 通过精准调控氧化还原平衡实现糖尿病急慢性创面的抗菌-再生协同治疗

针对糖尿病创面中氧化应激(ROS)与细菌感染相互掣肘的临床难题，江苏师范大学团队创新性构建了阿魏酸(FA)修饰的二氧化铈(CeO2 )纳米酶系统。该研究通过pH响应释放的FA-CeO2 实现Ce3+ /Ce4+ 循环与酚羟基协同作用，在清除病原菌的同时激活Nrf2/HO-1通路，显著促进VEGF/CD31介导的血管新生和胶原沉积。这种"抗菌-抗氧化-促再生"三位一体的治疗策略为糖尿病创面管理提供了新范式，相关成果发表于《Redox Biology》。

　　

慢性糖尿病创面长期困扰着全球约15-25%的糖尿病患者，其典型特征是持续氧化应激与细菌感染形成的恶性循环。高血糖导致的线粒体功能障碍会加剧活性氧(ROS)产生，虽然高浓度ROS具有杀菌作用，但过度积累又会损伤宿主组织，这种"抗菌与再生不可兼得"的矛盾严重阻碍创面愈合。更棘手的是，糖尿病创面常见的金黄色葡萄球菌(S. aureus)和 Escherichia coli (E. coli)易形成生物膜，进一步加剧治疗难度。面对这一临床困境，传统单一作用机制的药物往往顾此失彼，亟需开发能同时平衡抗菌与组织再生的创新疗法。

江苏师范大学的研究团队另辟蹊径，从植物化学物质与纳米酶的协同效应中寻找突破口。他们选择具有抗氧化活性的阿魏酸(FA)与具有氧化还原酶特性的二氧化铈(CeO₂
)纳米颗粒结合，构建了FA-CeO₂
纳米酶系统。这种设计巧妙利用了创面微环境的pH梯度变化——在感染部位的酸性条件下可控释放FA和Ce离子，既能靶向清除病原菌，又能精准调节局部氧化还原平衡。该研究通过多维度实验验证了这种"智能纳米药物"在抗菌、抗氧化和促组织再生方面的三重功效，相关成果发表在氧化还原生物学领域权威期刊《Redox Biology》。

研究团队采用了一系列关键技术方法：通过一锅法合成FA-CeO₂
纳米颗粒并采用SEM/TEM/XPS进行表征；建立STZ诱导的糖尿病小鼠慢性创面模型并接种S. aureus；采用菌落计数(CFU)和结晶紫染色评估抗菌和抗生物膜效果；通过DCFH-DA荧光探针和JC-1染色检测细胞内ROS水平和线粒体膜电位(ΔΨm)；运用Western blot和qPCR分析Nrf2/HO-1通路相关蛋白及基因表达；采用Matrigel基质胶进行血管形成实验；通过H&E和Masson染色评估组织病理学变化。

在材料表征方面，研究证实FA-CeO₂
具有80nm的均匀球形结构，XPS显示Ce³⁺
/Ce⁴⁺
达到理想1:1比例，这种特殊的价态分布使其同时具备超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)的模拟活性。FT-IR光谱证实FA通过酚羟基与CeO₂
稳定结合，在pH5.5条件下可实现FA(34%)和Ce离子(20%)的缓释，这种pH响应特性完美契合感染创面的微酸性环境。

抗菌实验获得突破性发现：128μg/mL的FA-CeO₂
对S. aureus和E. coli的杀灭率均达100%，显著优于游离FA(51.2μg/mL)和Ce离子(35.4μg/mL)的单独作用。SEM观察到FA-CeO₂
处理后的细菌出现明显的细胞壁塌陷，活死染色显示红色(死菌)荧光占比超过90%。更令人振奋的是，该纳米酶对成熟生物膜的清除效率达85%，这归因于FA的酚羟基破坏细菌膜完整性，而Ce离子通过干扰微生物呼吸链产生协同杀菌效应。

在抗氧化机制方面，研究揭示了FA-CeO₂
的双重保护作用：一方面通过Ce³⁺
/Ce⁴⁺
循环直接清除ROS，400μM H₂
O₂
刺激下能使RAW264.7细胞内ROS降低70%；另一方面上调Nrf2表达3.5倍，进而激活下游HO-1、SOD等抗氧化酶。JC-1染色显示该纳米酶能维持线粒体膜电位，C11-BODIPY检测证实其可将脂质过氧化水平降低60%，这种"治标又治本"的策略有效打破了氧化应激的恶性循环。

血管生成和细胞迁移实验展现了FA-CeO₂
的促再生潜能。在32μg/mL浓度下，HUVECs的EdU阳性细胞比例提高2倍，划痕实验显示迁移速度加快50%。特别值得注意的是，该纳米酶使毛细血管样结构的分支点数增加3倍，Western blot检测到VEGF和CD31表达分别上调2.8和2.3倍。这种促血管效应与其调控TGF-β/MMP1信号通路、促进胶原重塑密切相关。

动物实验完美验证了临床转化价值。在糖尿病慢性创面模型中，FA-CeO₂
(1mg/kg)治疗14天使创面面积缩小至7%，显著优于对照组(45%)。组织学分析显示治疗组上皮化完全，胶原沉积密度增加2.5倍，菌落计数证实细菌负荷降低95%。免疫荧光显示治疗组CD31⁺
血管密度是对照组的3倍，Nrf2核转位现象明显，这些结果从分子水平阐释了创面加速愈合的机制。

该研究的创新价值体现在三个方面：首次将植物化学物质FA与CeO₂
纳米酶有机结合，创造了具有pH响应特性的智能给药系统；突破性地实现了抗菌-抗氧化-促再生三重功效的协同平衡；通过激活Nrf2/HO-1通路同时调控氧化还原稳态和血管新生，为糖尿病创面治疗提供了新范式。安全性评估显示FA-CeO₂
在512μg/mL时溶血率仍低于5%，主要器官未见病理损伤，ALT/AST等肝肾功能指标均正常，具备良好的临床转化前景。

这项研究不仅为糖尿病创面管理提供了创新解决方案，其"精准调控氧化还原平衡"的治疗理念对阿尔茨海默病、动脉粥样硬化等氧化应激相关疾病也有借鉴意义。未来研究可进一步优化纳米颗粒的靶向性，探索与其他生长因子的协同效应，并开展临床前安全性评价，推动这种植物化学纳米酶早日造福患者。