《Materials Today Bio》：A pH-Responsive GelMA-KerMA Hydrogel Delivering Luteolin-Loaded PLGA Nanoparticles Promotes Myocardial Repair via Akt/Bad Signaling and Multitarget Regulation
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一种pH响应性GelMA-KerMA水凝胶通过羧基质子化调节溶胀行为，而PLGA的酸水解驱动pH加速的木犀草素释放。负载木犀草素的PLGA纳米颗粒改善了水分散性和生物利用度，并实现多靶点心脏保护。该水凝胶通过Akt/Bad信号抑制线粒体凋亡、抑制纤维化并促进血
一种pH响应性GelMA-KerMA水凝胶通过羧基质子化调节溶胀行为，而PLGA的酸水解驱动pH加速的木犀草素释放。负载木犀草素的PLGA纳米颗粒改善了水分散性和生物利用度，并实现多靶点心脏保护。该水凝胶通过Akt/Bad信号抑制线粒体凋亡、抑制纤维化并促进血管生成，从而改善大鼠心肌梗死（MI）模型的心脏功能。
**论文解读：pH响应性GelMA-KerMA水凝胶递送木犀草素PLGA纳米颗粒促进心肌修复**
**1. 研究背景与问题**
急性冠状动脉闭塞导致心肌缺血缺氧，引发不可逆的心肌细胞死亡、氧化应激、血管修复不足及不良心室重构。尽管冠状动脉介入可部分恢复血运，但无法逆转心肌细胞丢失和纤维化瘢痕形成，导致心功能进行性恶化。传统药物如β受体阻滞剂和血管紧张素转换酶抑制剂虽能改善梗死后重构，但疗效有限；心脏移植受限于免疫排斥和供体短缺。因此，亟需新的策略抑制心肌梗死（MI）后心室重构。心脏补片可提供机械支撑并局部递送治疗因子，但多数现有补片为被动释放系统，无法智能响应梗死微环境。心肌梗死后局部组织呈持续性酸性（pH约6.5–6.8），这为病变响应性递送设计提供了化学基础。木犀草素具有多靶点心脏保护作用，但水溶性差、生物利用度低。聚乳酸-乙醇酸共聚物纳米颗粒（PLGA NPs）是优良的药物载体。研究人员旨在构建一种相对简单的pH响应性水凝胶系统，实现梗死后局部多阶段药物释放，协同发挥抗凋亡、抗纤维化和促血管生成作用。
**2. 研究总体设计与主要技术方法**
研究人员构建了基于光交联GelMA-角蛋白甲基丙烯酰基（KerMA）双网络水凝胶，负载木犀草素PLGA纳米颗粒（GK@NPs）。主要关键技术方法包括：油包水（O/W）乳液溶剂蒸发法制备载药PLGA NPs；甲基丙烯酸酐修饰合成GelMA和KerMA；紫外光交联一步法制备复合水凝胶；流变学、扫描电镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）表征材料性能；大鼠左前降支（LAD）结扎构建MI模型，超声心动图评估心功能；H9C2心肌细胞氧糖剥夺（OGD）模型和心脏成纤维细胞（RCFs）TGF-β1纤维化模型用于体外机制研究；mRNA测序（RNA-seq）分析转录组变化；蛋白质印迹、免疫荧光、ELISA等检测蛋白表达。样本来源包括大鼠心肌细胞系H9C2、人脐静脉内皮细胞（HUVECs）和原代大鼠心脏成纤维细胞（RCFs），以及Sprague Dawley（SD）大鼠MI模型。
**3. 研究结果**
**3.1 木犀草素PLGA纳米颗粒的制备与表征**
通过O/W乳液溶剂蒸发法制备的Lut-PLGA NPs呈球形，粒径约200 nm，Zeta电位为?28.0 mV，包封率（84.1±2.6）%，载药量（5.35±0.28）%。FTIR证实木犀草素与PLGA之间形成氢键，有助于药物缓释。
**3.2 GK复合水凝胶的制备与表征**
GelMA和KerMA经光交联形成双网络水凝胶。流变学显示所有组别储能模量大于损耗模量，具有稳定弹性固体特征；GK-0.5组（5% GelMA + 0.5% KerMA）具有最宽的线性黏弹区，且细胞铺展面积最大。细胞活/死染色和CCK-8证实各组分均无细胞毒性。GK-0.5被选为最优基质配方。
**3.3 pH响应性能与药物释放行为**
水凝胶在pH 6.5下因羧基质子化导致溶胀率降低、储能模量可逆性减小，但共价网络保持完整。GK@NPs在pH 6.5下240 h累积释放率达（89.2±4.4）%，显著高于pH 7.4的（64.7±2.6）%，主要由PLGA酸催化水解驱动。溶血率低于5%，血液相容性良好。
**3.4 体内心功能评估**
大鼠MI模型中，MI+GK@NPs组在第7天和第28天的左心室射血分数（LVEF）和左心室缩短分数（LVFS）显著高于MI+GK组和MI+GK@PLGA组，心室容积和内径显著降低，表明心功能明显改善。
**3.5 体内抗凋亡、抗纤维化和促血管生成作用**
组织学分析显示，MI+GK@NPs组心肌结构恢复较好，梗死区胶原容积分数从MI组的（37.2±8.4）%降至（11.9±2.8）%。TUNEL/cTnT共染显示MI+GK@NPs组凋亡心肌细胞比例降至（0.68±0.09）%。CD31/α-SMA双染显示该组成熟血管密度最高。VEGF表达上调，TGF-β表达下调，Collagen I/III比例降低。主要脏器未见明显病理损伤。
**3.6 GK@NPs对OGD损伤H9C2心肌细胞的保护作用**
GK@NPs处理显著提高OGD细胞存活率，降低ROS和线粒体超氧化物水平，恢复线粒体网络完整性，增加EdU阳性增殖细胞比例。蛋白质印迹显示，OGD+GK@NPs组Bax/Bcl-2比值、cleaved caspase-3及线粒体细胞色素c释放均显著降低，表明线粒体凋亡通路被抑制。
**3.7 转录组学分析**
RNA-seq共鉴定516个差异表达基因（DEGs）。GO富集显示主要涉及细胞应激反应、凋亡负调控及ECM组织。KEGG富集突出MAPK和Rap1信号通路。DEGs分为线粒体凋亡（Casp1、Chac1、Sesn2）、抗纤维化（Tnc、Mmp2）和血管生成（Cxcl10、Kitlg）三类。蛋白质水平验证了Casp1、Chac1和Sesn2的变化趋势。
**3.8 Akt/Bad及MAPK/Rap1信号通路验证**
Akt抑制剂（AKTi）部分逆转了GK@NPs对线粒体膜电位和抗凋亡的保护作用。蛋白质印迹显示，GK@NPs恢复p-AKT1、p-Bad、p-ERK和Rap1水平，AKTi减弱p-ERK和Rap1上调，提示Akt/Bad轴与MAPK/Rap1通路存在交叉对话。免疫荧光进一步验证了p-AKT1、p-Bad和c-Casp3的变化。
**3.9 复合水凝胶抑制成纤维细胞活化并促进血管生成**
TGF-β1诱导的RCF活化模型中，GK@NPs显著下调α-SMA表达，抑制细胞迁移（迁移细胞数从（1093±76）降至（429.7±103.9）个/视野）。HUVEC管形成实验中，GK@NPs组总管长度和分支节点数分别增至（12.8±2.67）mm和（131.7±22.0），促血管生成能力最强。
**4. 讨论与结论**
该水凝胶通过双重网络提供机械支持，并通过酸催化PLGA水解实现pH响应性释放。保护机制涉及快速Akt/Bad磷酸化抑制线粒体凋亡，以及持续Rap1/MAPK信号驱动转录重编程。研究仍存在局限，如未设置游离木犀草素组、未进行体内组织通路验证及28天以上长期观察。总体而言，GK@NPs复合水凝胶通过结构强化和多信号协同实现心脏保护，为MI提供了一种微创局部递送策略。
**研究结论**
本研究构建了光交联/氢键双重网络的GK@NPs水凝胶。该水凝胶匹配心肌力学特性，响应酸性MI病变实现持续释放，清除ROS，减少凋亡和纤维化，并促进血管生成。其保护作用依赖于快速的Akt/Bad激活和持续的MAPK/Rap1调控的协同，为MI提供了一种微创局部递送方法。
