负载芍药苷的硼交联氧化葡聚糖/羧甲基壳聚糖水凝胶通过调节 TLR4-NF-κB 通路及修复肠道黏膜屏障缓解溃疡性结肠炎

《Carbohydrate Polymers》：Boron-complexed oxidized dextran/carboxymethyl chitosan hydrogel loaded with paeoniflorin alleviates UC via TLR4-NF-κB pathway regulation and intestinal mucosal barrier restoration

　　

## 摘要

溃疡性结肠炎（UC）是一种慢性复发性炎症性肠病，以大肠黏膜溃疡和持续性炎症为特征，表现为血便和腹痛，并可能增加结直肠癌风险。基于多糖的水凝胶因其良好的生物相容性而成为UC局部直肠治疗的有前景候选材料；然而，肠道持续蠕动导致的病变部位驻留时间短限制了其治疗效果。本文通过硼酸-二醇酯键和Schiff碱亚胺键的双动态交联构建了一种黏附黏膜的多功能水凝胶（B-ODT/CM@PF），用于UC的局部治疗。羧甲基壳聚糖成分促进快速局部止血和上皮屏障修复，而硼络合氧化葡聚糖则通过破坏细菌膜完整性赋予广谱杀菌能力。得益于硼酸-二醇相互作用，芍药苷（PF）被锚定在水凝胶网络中，实现炎症触发的持续释放。释放的PF靶向TLR4-NF-κB信号轴，驱动巨噬细胞向M2极化，减轻肠道过度炎症反应。此外，B-ODT/CM@PF通过抑制MLCK激活和维持紧密连接蛋白表达来恢复肠黏膜屏障完整性，进一步改善结肠炎表现。总之，该双交联生物黏附水凝胶实现了黏膜黏附、止血、抗菌、免疫调节和屏障重建等协同功能，为UC的局部治疗提供了有前景的策略。

## 引言

溃疡性结肠炎（UC）是一种以大肠持续炎症和黏膜溃疡为特征的炎症性肠病。其发病率相对较高，病程迁延、反复发作，可引起血便、腹痛等多种症状及相关并发症，甚至可导致肠道癌症（Cai等，2025；Han等，2023）。目前临床治疗UC的主流药物包括氨基水杨酸类、糖皮质激素和免疫抑制剂；然而，这些药物存在多种局限性，包括激素依赖、不良反应以及骨质疏松和感染风险增加等毒副作用（Chen等，2026；Long Huang等，2024）。溃疡性病变常伴随大量效应免疫细胞（如M1巨噬细胞）的浸润，过度激活核因子κB（NF-κB）免疫信号通路，促进肿瘤坏死因子（TNF-α）、白介素-1β（IL-1β）和白介素-6（IL-6）等促炎细胞因子的产生，驱动自身免疫反应（Pan等，2024）。此外，肠上皮完整性的破坏可促进病原体入侵和异常免疫激活，导致免疫细胞持续向溃疡部位募集，最终延长病程（Li等，2023；Pan等，2024）。因此，开发一种能够同时消除炎症介质并恢复黏膜屏障完整性的新型治疗方法，对于UC的有效治疗具有重要的临床意义。

局部结肠给药为UC治疗提供了有前景的新策略。该方法可以将治疗药物靶向富集于炎症部位，同时降低药物的全身暴露水平和相关副作用的发生。与全身给药相比，局部给药具有显著优势，包括更高的局部药物浓度、更快的起效时间和更低的全身免疫抑制风险（Liang等，2025；Wen等，2023）。值得注意的是，水凝胶近年来因其生物相容性和多功能性而在UC的局部治疗中受到越来越多的关注（Li等，2023）。水凝胶可作为前线屏障保护基底健康细胞免受有毒物质的刺激（Kanika等，2025）。水凝胶的高交联聚合物单元形成的水溶胀网络结构为药物负载提供了充足的空间（Lei等，2025；Zhang等，2025）。功能化水凝胶可与药物协同作用，进一步提高治疗效果（Wang等，2021）。然而，肠道蠕动运动对植入的水凝胶施加持续的收缩和拉伸力，导致其迅速从发炎的结肠中被清除，驻留时间不足，限制了其提供持续治疗的能力。因此，开发能够稳定黏附于溃疡病变并延长包封药物分子释放的水凝胶，从而实现持续的黏膜黏附局部治疗，是十分必要的（Sun等，2025）。

天然多糖基水凝胶是UC局部胃肠治疗的前景生物材料，得益于其良好的生物相容性、可调节的生物降解性和可定制的物理化学-生物活性特性，满足肠道溃疡修复的关键需求（Huang等，2024；Liu等，2025）。作为天然生物大分子，多糖含有丰富的羟基、羧基和氨基极性基团，赋予其固有的温和抗炎、自由基清除和弱抑菌效果，从而重塑肠道溃疡的失调炎症微环境（Chen等，2026；Zhang等，2026）。此外，多糖前体可以方便地进行接枝改性，构建不含毒性交联剂的动力学交联网络。这些网络支持快速原位凝胶化、自主自愈合和强韧的湿黏膜黏附，能够抵抗肠道蠕动产生的机械力并延长病变部位驻留时间（Fu等，2026；Li等，2023）。其互连的三维多孔结构模拟天然细胞外基质，为药物负载提供充足空间，同时支持气体和营养物质的交换，促进受损肠上皮细胞的增殖和再生（Pan等，2024）。然而，仅通过Schiff碱键交联的传统水凝胶网络存在阻碍其肠道实际应用的瓶颈。在肠道蠕动产生的持续拉伸和压缩力作用下，此类水凝胶表现出机械稳定性不足，且在动态肠道微环境中易快速降解，导致溃疡部位驻留时间短。此外，缺乏刺激响应性药物结合位点，无法实现炎症触发的按需药物释放。药物主要物理包封于基质中，刺激响应性能较差。

硼酸盐化学为构建多交联多糖水凝胶提供了独特优势。硼酸基团可与多糖链上的顺式二醇基团动态形成可逆的硼酸-二醇酯键，与Schiff碱亚胺键协同作用形成双动态交联网络（Zhou等，2021）。与单一Schiff碱水凝胶相比，此类硼络合双交联网络在机械变形下具有更高的机械强度和结构稳定性。此外，硼酸-二醇键具有固有的pH响应性解离特性，在酸性炎症条件下解离，实现炎症触发的药物释放（Lu等，2025）。除在机械性能和药物释放方面的优势外，醛基和含硼基团可增强抗菌效果（Fang等，2025），这对UC中的感染性溃疡病变尤为有益。

芍药苷（PF）是从白芍根部分离的单萜糖苷，是一种抗炎症疾病的有前景天然药物。它具有多种药理活性，如免疫调节、抗炎、抗血栓和神经保护等（Zhang等，2022）。我们近期的工作证实了其抗炎生物活性（Fang等，2025）。值得注意的是，PF携带丰富的多元醇糖基团，可参与硼交联多糖网络中的硼酸-二醇酯相互作用。这一特性使得PF能够被整合入水凝胶框架而非仅物理混合，为将硼酸盐增强网络的固有材料优势与PF的免疫调节特性相结合用于UC干预创造了机会。据此，我们假设通过Schiff碱连接和硼酸盐络合构建的多糖水凝胶，整合抗菌和抗炎成分，可在治疗早期实现快速止血，抑制细菌增殖并抑制肠道过度炎症反应。结合双动态交联系统赋予的良好组织黏附性能，该水凝胶将促进受损肠黏膜屏障的重建，最终为UC提供治疗效益。

本研究开发了一种用于UC局部直肠治疗的多功能黏膜黏附水凝胶（B-ODT/CM@PF）。首先，引入硼酸盐络合构建由硼酸-二醇酯键和Schiff碱亚胺键组成的双动态交联网络。该设计增强了水凝胶抵抗肠道蠕动的机械稳定性，并在酸性炎症微环境中实现pH响应性键解离。得益于硼酸-二醇相互作用，PF被锚定在水凝胶网络中，实现炎症触发的持续药物释放。释放的PF靶向TLR4-NF-κB信号轴，促进M1型巨噬细胞向M2表型重极化，减轻肠道炎症。多种生物功能协同整合于单一系统中，赋予水凝胶多功能特性，包括黏膜黏附、快速原位止血、广谱抗菌活性、pH响应性PF递送、促进上皮细胞迁移和肠道屏障恢复。这些特性可能协同减轻急性结肠炎相关肠道损伤，为UC相关肠道损伤的局部治疗展现出前景（图1）。

## 材料

羧甲基壳聚糖（CM，分子量100–200 kDa，脱乙酰度（DD）= 90.3%，羧甲基取代度（DS）= 82%）购自上海麦克林生化科技有限公司。葡聚糖（DT，MW = 100 kDa）购自杭州南颖科技有限公司。四硼酸钠十水合物（99.5%）购自国药试剂（上海）。高碘酸钠（NaIO?，99.0%）、溴化钾（KBr，99.0%）和乙二醇（99.0%）购自……

## B-ODT/CM水凝胶的合成与物理表征

高碘酸氧化特异性裂解葡聚糖中的邻二醇基团，产生相应的双醛衍生物（Zhou等，2021）。本研究制备的氧化葡聚糖的氧化度（DO）经羟胺盐酸盐滴定法测定为84.7%（Li等，2023）。氧化葡聚糖（ODT）的化学结构通过1H NMR波谱进一步验证（图1b）。醛基的特征质子峰……

## 讨论

我们的综合研究表明，B-ODT/CM@PF在结肠炎小鼠的病变改善、治疗效果和黏膜愈合方面产生了显著效果。然而，仍有若干局限性应予承认。首先，我们采用急性DSS诱导的结肠炎小鼠模型，这限制了对B-ODT/CM@PF预防UC复发能力的认识。其次，我们的体内动物实验缺乏空白ODT/CM水凝胶对照组，因此无法完全区分其内在……

## 结论

总之，本研究制备了一种具有协同抗炎和黏膜修复功能的动态自愈合水凝胶（B-ODT/CM@PF），用于UC的靶向治疗。该水凝胶集成了适合肠道局部治疗的优越性能，包括可注射性、快速自愈合能力、在酸性炎症微环境中pH响应性药物释放，以及通过破坏细菌膜实现的广谱抗菌活性。它可以精确递送至……

## CRediT作者贡献声明

李生宇：论文撰写—原稿、方法论、资金获取、形式分析、数据整理、概念化。潘宇婷：方法论、调查研究、形式分析。王刚：方法论、调查研究、形式分析。方金涛：方法论、形式分析、数据整理、概念化。王景伟：形式分析、资金获取。姬有琪：形式分析。董振浩：形式分析。凌平：形式分析。郑翔厚：形式分析。高瑶：形式伦理批准与参与同意

所有动物实验程序均遵循浙江中医药大学机构动物护理和使用委员会批准的指南（IACUC-20250324-01），并按照国家科技部《实验室动物管理条例》进行。

## 伦理声明

本研究按照以下动物福利和/或报告指南进行：所有动物实验程序严格按照美国国家研究委员会《实验动物护理和使用指南》进行。本研究经浙江中医药大学实验动物管理与伦理委员会批准（批准号：IACUC-20250324-01）。

## 资金

我们感谢国家自然科学基金（82304728，82274475）、国家中医药综合改革示范区联合中医药科技项目（GZY-KJS-ZJ-2026-008）、浙江中医药大学科研项目（2025JKZKTS31）和中国中医科学院2025年技能竞赛（2025J10）的资助。

## 未引用参考文献

Tao等，2024；Wang等，2025

## 利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响本研究报告的工作。

## 致谢

我们感谢中国中医科学院、浙江中医药大学医学研究中心提供的大力帮助和技术支持。作者感谢实验家（www.shiyanjia.com）的马倩楠女士为XPS分析提供的宝贵协助。作者感谢甘肃医学院的王水倩博士在本研究1H NMR数据分析方面的协助和指导。

李生宇 | 潘宇婷 | 王刚 | 方金涛 | 王景伟 | 姬有琪 | 董振浩 | 凌平 | 郑翔厚 | 高瑶 | 夏青 | 刘霞 | 张伟