《Biomimetics》：Biomimetic Composite Hydrogel Laden with Ginsenoside Rh1 Facilitates Perianal Ulcer Healing by Regulating Anti-Inflammatory and Antioxidant Responses
编辑推荐：
肛周溃疡是一种具有挑战性的肛肠疾病，其特征为持续性炎症和延迟愈合。本研究受贻贝湿粘附机制启发，将负载人参皂苷Rh1的丝素蛋白微球嵌入多巴胺/壳聚糖/聚乙烯醇/淀粉基质中，开发出一种仿生复合水凝胶（H-Rh1）。H-Rh1水凝胶表现出剪切稀化行为、强组织粘附力（
肛周溃疡是一种具有挑战性的肛肠疾病，其特征为持续性炎症和延迟愈合。本研究受贻贝湿粘附机制启发，将负载人参皂苷Rh1的丝素蛋白微球嵌入多巴胺/壳聚糖/聚乙烯醇/淀粉基质中，开发出一种仿生复合水凝胶（H-Rh1）。H-Rh1水凝胶表现出剪切稀化行为、强组织粘附力（12.45 kPa）、持续药物释放、良好的初步细胞相容性以及增强的抗菌活性（对大肠杆菌抑制率80%，对金黄色葡萄球菌抑制率60%）。在大鼠肛周溃疡模型中，H-Rh1治疗组在第13天实现近乎完全的伤口闭合，炎症显著减轻，组织再生改善。机制上，H-Rh1处理与抑制MAPK/NF-κB信号通路同时激活Nrf2/HO-1抗氧化轴相关，显著降低血清白细胞介素-1β（IL-1β，86.46 pg/mL）、白细胞介素-6（IL-6，70.83 pg/mL）和肿瘤坏死因子-α（TNF-α，113.33 pg/mL）水平。这些结果表明，H-Rh1复合水凝胶通过协同抗炎和抗氧化机制，为促进肛周溃疡愈合提供了一种有前景的治疗策略。
研究背景与科学问题
肛周溃疡是肛肠科一种棘手的疾病，可由炎症性肠病（如克罗恩病）、创伤、感染及术后并发症等多种病因引起。由于肛周区域长期暴露于潮湿环境和粪便物质，该部位的溃疡极易发生感染且愈合缓慢，严重影响患者生活质量，导致疼痛、出血和分泌物等症状。目前的治疗策略主要包括保持局部卫生、使用局部消毒剂、抗生素和皮质类固醇，但这些方法存在局限性，如细菌耐药性的出现、长期使用类固醇引起的副作用，以及缺乏靶向性和持续治疗效果。因此，临床上迫切需要开发一种能够提供物理屏障、控制感染并通过明确的药理机制主动促进愈合的新型治疗方法。
先进伤口敷料，尤其是水凝胶，已成为伤口护理领域有前景的平台。水凝胶的三维亲水网络可吸收过量渗出液，维持伤口湿润环境，促进气体交换，并可作为治疗药物的载体。天然聚合物基水凝胶，如含壳聚糖的水凝胶，因其优异的生物相容性、生物降解性和固有抗菌特性而受到青睐。此外，引入功能分子如多巴胺可增强粘附性和力学性能。人参皂苷Rh1是人参中提取的主要生物活性成分，以其强大的抗炎和抗氧化活性而备受关注，但其临床应用因水溶性差、生物利用度低以及缺乏确保其在动态创面持续存在的递送系统而严重受限。基于此，研究人员假设，一种能够持续释放人参皂苷Rh1的复合水凝胶可以协同结合水凝胶敷料的物理优势与Rh1的多方面药理作用，从而为显著促进肛周溃疡愈合创造更有效的治疗方式。
研究方法与技术路线
研究人员采用单乳液法制备了Rh1负载的丝素蛋白微球，随后通过淀粉糊化和分子间相互作用，将微球嵌入多巴胺/壳聚糖/聚乙烯醇/淀粉基质中，构建了仿生复合水凝胶H-Rh1。研究中使用了扫描电子显微镜观察微球和水凝胶形貌，傅里叶变换红外光谱表征化学结构，流变仪评估粘弹性，猪皮搭接剪切试验测定粘附力，以及紫外可见分光光度法监测体外药物释放。细胞毒性采用CCK-8法和荧光染色在MC3T3-E1细胞系中评价，抗菌活性通过平板计数法和生长曲线测定。动物实验使用乙酸诱导的大鼠肛周溃疡模型（经吉林大学动物伦理委员会批准），将48只雄性Wistar大鼠随机分为6组（每组8只）：对照组、模型组、阳性药物组、空白水凝胶组、Rh1溶液组和H-Rh1复合水凝胶组。通过苏木精-伊红染色进行组织病理学评估，免疫组织化学和蛋白质印迹法检测信号通路蛋白表达，酶联免疫吸附测定法量化血清炎症因子水平。
研究结果
3.1 Rh1负载微球与H-Rh1复合水凝胶的性质
SEM图像显示Rh1负载微球呈球形且分散均匀，H-Rh1水凝胶具有高度多孔且互连的三维网络结构。FT-IR光谱证实了各组分的成功整合。所有制剂均表现出明显的剪切稀化行为，有利于在不规则的肛周创面涂抹应用。振荡应变扫描测试显示储能模量G'在宽应变范围内超过损耗模量G"，表明主要为弹性行为，具有适合软组织支撑的机械强度。随着多巴胺含量增加，水凝胶对猪皮的粘附强度从5.64 kPa增至10.97 kPa，H-Rh1组达到最高值12.45 kPa，这归因于多巴胺儿茶酚基团促进的强湿粘附力。溶胀实验显示所有水凝胶在前2小时快速吸水后逐渐达到平衡，DA1水凝胶溶胀率最高达约425%，而DA3最低。降解实验中，DA1降解最快（12小时后仅剩约5%重量），DA3保留最多，H-Rh1呈现介于DA2和DA3之间的中间降解曲线。
3.2 H-Rh1的持续药物释放与生物相容性
Rh1负载微球的载药量为15%，包封效率为55.6%。体外释放实验显示，游离Rh1溶液在2小时内释放超过70%，而Rh1负载微球显著减缓了初始突释，H-Rh1复合水凝胶实现了最持续的释放模式（2小时后累计释放低于50%，并在24小时内持续释放）。CCK-8实验表明，空白水凝胶和H-Rh1复合水凝胶在5天内均未显著抑制MC3T3-E1细胞活力，细胞存活率均高于对照组的100%，荧光染色也观察到健康的细胞形态和相当的贴壁细胞数量，表明具有良好的初步细胞相容性。
3.3 体外抗菌性能
H-Rh1复合水凝胶对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌展现出增强的抗菌活性。空白水凝胶对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑制率分别为55%和40%，而H-Rh1复合水凝胶的抑制率分别提升至80%和60%。OD600生长曲线进一步证实了H-Rh1更强的抑菌效果，这种增强可能源于壳聚糖、多巴胺和Rh1的协同作用。
3.4 H-Rh1促进体内肛周溃疡愈合
在大鼠肛周溃疡模型中，模型组溃疡严重且愈合缓慢。阳性药物组和Rh1组显示出改善的愈合效果，空白水凝胶组也有益于愈合。H-Rh1组表现出最快和最有效的愈合，到第13天伤口面积大幅缩小，红肿和渗出减少，几乎完全再上皮化。H&E染色显示，模型组有明显水肿，阳性药物组有严重表皮缺损伴痂皮形成和炎性浸润，Rh1溶液处理组表皮层不完整且真皮炎性更重，空白水凝胶组促进了完全再上皮化并形成厚胶原纤维，而H-Rh1复合水凝胶组实现了完整的表皮修复，真皮内呈现出最先进有序的愈合组织结构，含有大量成熟肉芽组织和胶原沉积，接近正常组织形态，炎症极低。
3.5 免疫组织化学分析
免疫组化染色显示，促炎标志物ERK、IκBα、p65和p38在模型组表达最强，主要定位于炎症细胞的胞质中，而在H-Rh1组表达最低。相反，抗氧化标志物HO-1和Nrf2在H-Rh1组表达最高，定位于血管内皮细胞和部分炎症细胞胞质。这表明H-Rh1水凝胶有效减弱了促炎信号传导，同时增强了抗氧化防御。
3.6 蛋白质印迹分析
WB定量分析证实，与对照组相比，模型组p38和ERK1/2磷酸化显著升高，p-p65和p-IκBα表达增加，表明MAPK和NF-κB炎症信号通路被强烈激活。阳性药物、空白水凝胶、Rh1特别是H-Rh1处理减弱了这些促炎标志物，其中H-Rh1组降幅最大（如相对p-p38/p38比值降至0.48，p-p65/p65比值降至0.95）。相反，模型组Nrf2和HO-1表达下调，而H-Rh1干预显著上调其表达（相对Nrf2/β-肌动蛋白：1.17；HO-1/β-肌动蛋白：1.29），超越其他治疗组。这与免疫组化结果一致，共同表明H-Rh1处理与抑制MAPK/NF-κB通路和激活Nrf2/HO-1信号相关。
3.7 酶联免疫吸附分析
ELISA结果显示，与空白对照组相比，模型组三种细胞因子浓度均显著升高，证实了肛周溃疡诱导的系统性炎症状态。阳性药物组和Rh1组血清IL-1β、IL-6和TNF-α水平较模型组显著降低，验证了人参皂苷Rh1固有的抗炎活性。空白水凝胶对这些细胞因子水平无显著调节作用，表明其主要作为惰性生物相容性载体。H-Rh1复合水凝胶处理实现了对所有三种促炎细胞因子的最显著抑制，其细胞因子水平显著低于模型组和单独的Rh1组，表明复合制剂产生了协同治疗效果。
总结与讨论
本研究成功构建了一种仿生H-Rh1复合水凝胶，通过将人参皂苷Rh1负载的丝素蛋白微球嵌入多巴胺/壳聚糖/聚乙烯醇/淀粉基质中。所开发的水凝胶表现出良好的流变学性能、强湿组织粘附力、适当的溶胀能力和可控的降解行为、24小时内的持续药物释放、良好的初步细胞相容性以及增强的抗菌活性。在大鼠肛周溃疡模型中，H-Rh1处理显著加速伤口闭合，促进再上皮化和胶原重塑，并减轻炎症反应。机制上，H-Rh1处理与抑制MAPK/NF-κB介导的炎症信号传导和激活Nrf2/HO-1抗氧化通路相关，导致促炎细胞因子（IL-1β、IL-6和TNF-α）表达降低和抗氧化防御增强。这些发现共同证明，H-Rh1是一种具有粘附保护、控释药物和多功能生物学活性的有前景的水凝胶敷料，可用于促进肛周溃疡修复。然而，仍需进一步研究评估其长期生物安全性、详细机制及潜在的临床转化价值。
