自模板化甘氨酸锌纳米颗粒通过双重抗菌与免疫调节功能加速感染伤口愈合

本文推荐一种新型自模板化甘氨酸锌纳米颗粒（ZnGly NPs），其具备pH响应特性，可在溶酶体酸性环境中快速释放甘氨酸（Gly）和锌离子（Zn2+），协同发挥抗菌与免疫调节双重功能。该材料不仅有效杀灭浮游菌和生物膜，还通过调控巨噬细胞极化（M1/M2表型）及抑制NF-κB通路减轻炎症反应，显著促进感染伤口愈合，为感染性组织修复提供了创新策略。

　　

1 引言

感染性伤口治疗因细菌感染和过度炎症反应而面临巨大挑战，传统抗生素疗法存在耐药性和免疫调节不足等问题。锌离子（Zn²⁺）因其抗菌、抗炎和促血管生成能力备受关注，但其可控释放和细胞内递送效率低。甘氨酸（Gly）作为最简单的氨基酸，具有良好生物相容性和抗炎特性，但同样面临细胞内递送难题。本研究通过自模板法合成ZnGly NPs，实现了Zn²⁺和Gly的高效协同递送与pH响应释放，为感染伤口治疗提供了新思路。

2 实验方法

2.1 ZnGly NPs的制备与表征

通过将Gly与ZnO在60°C水溶液中反应，自然冷却后析出ZnGly晶体，经离心洗涤获得纳米颗粒。扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）显示其粒径约80 nm，X射线衍射（XRD）和X射线光电子能谱（XPS）证实其结构与元素组成。傅里叶变换红外光谱（FT-IR）显示Zn─COOH和Zn─NH₂特征峰，表明Zn与Gly的成功配位。

2.2 细胞与动物实验

使用RAW 264.7巨噬细胞评估细胞毒性与免疫调节效应。通过CCK-8和活/死染色验证ZnGly NPs在20 μg/mL浓度下具有良好的细胞相容性。激光共聚焦显微镜观察RhB标记的ZnGly NPs被细胞内吞并定位于溶酶体。qRT-PCR和Western blot分析M1/M2表型标志物表达。建立大鼠感染皮肤缺损模型，评估ZnGly NPs对伤口愈合、胶原沉积和血管生成的影响。

3 结果与讨论

3.1 ZnGly NPs的理化特性

ZnGly NPs在pH 7.4下稳定，在pH 5.5（模拟溶酶体环境）快速溶解，释放Gly和Zn²⁺。XPS显示N 1s峰位偏移表明Zn─N配位，O 1s谱证实C─O参与配位。热重分析（TGA）显示三步重量损失，对应吸附水蒸发、结构分解和碳化过程。

3.2 细胞相容性与细胞内化

CCK-8表明ZnGly NPs在≤20 μg/mL浓度下对巨噬细胞无明显毒性。活/死染色显示高浓度（40 μg/mL）导致细胞死亡减少。细胞内化实验证实NPs通过内吞作用进入溶酶体，Pitstop-2抑制剂预处理显著抑制其摄取。

3.3 免疫调节效应

ZnGly NPs显著抑制LPS诱导的M1标志物（iNOS、IL-6、IL-1β）表达，促进M2标志物（Arg-1、CD206）上调。Western blot显示NF-κB通路被抑制。单独使用Gly或ZnO均未表现出相同效应，表明ZnGly NPs的协同作用源于pH控制释放。

3.4 离子信号机制

ZnGly NPs促进Cl^?内流（MQAE荧光探针检测），抑制Ca²⁺内流（Fluo-4 AM检测），从而阻断NF-κB激活。Gly通过调控离子通道抑制炎症，Zn²⁺增强该效应并直接抑制Ca²⁺通道。

3.5 抗菌性能

ZnGly NPs对金黄色葡萄球菌（S. aureus）呈现浓度依赖性杀菌效果，20 μg/mL时几乎完全抑制细菌存活。流式细胞术和Live/Dead染色证实细菌死亡。SEM显示NPs破坏细菌膜结构，结晶紫染色表明其有效抑制生物膜形成。

3.6 体内伤口愈合

大鼠感染模型中，ZnGly NPs处理组在第10天几乎完全闭合伤口。H&E染色显示表皮结构完整，Masson染色表明胶原沉积增加，CD31免疫组化显示血管生成增强。免疫荧光显示CD86和IL-23（M1标志）表达下降，CD206（M2标志）表达上升，证实ZnGly NPs通过免疫调节促进愈合。

4 结论

ZnGly NPs通过pH响应释放Gly和Zn²⁺，协同发挥抗菌与免疫调节功能。其通过促进Cl^?内流、抑制Ca²⁺内流及NF-κB通路调控巨噬细胞极化，显著加速感染伤口愈合，为新型感染治疗材料提供了有力支持。