《Biomaterials》：Mitochondria-Protective Polysaccharide Augments Burn Wound Repair through Immunometabolic Reprogramming
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工程化的聚覆合酸（colanic acid）是一种用于烧伤修复的、能够保护线粒体的生物材料。
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工程化的聚覆合酸（colanic acid）是一种用于烧伤修复的、能够保护线粒体的生物材料。
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聚覆合酸（CA）在膜受体TLR4的辅助下被细胞内吞，并维持线粒体的完整性。
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CA通过激活Thap11来恢复成纤维细胞的线粒体功能和代谢。
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CA在鼠和小猪模型中均能加速烧伤愈合并促进细胞外基质（ECM）的重塑。
引言
严重烧伤会导致广泛的组织破坏，伴随严重的代谢紊乱和免疫失衡，这构成了一个超出单纯伤口闭合范围之外的临床挑战。在生理条件下，真皮成纤维细胞通过协调一致的增殖、细胞外基质（ECM）合成和代谢稳态来支持组织再生。然而，热损伤会引发成纤维细胞的急性线粒体功能障碍，破坏氧化还原平衡和细胞能量代谢，从而严重限制烧伤伤口的自我修复能力，并促进持续性炎症。
越来越多的证据表明，线粒体功能障碍是烧伤病理的核心驱动因素。电子传递受阻、线粒体通透性异常变化以及线粒体损伤相关信号的释放共同导致线粒体内活性氧（ROS）的产生过量。由此产生的能量 deficiency 会损害成纤维细胞的增殖，触发细胞凋亡和坏死性凋亡信号通路，并通过激活cGAS-STING等胞质DNA传感器来放大无菌性炎症。此外，线粒体自噬失调和线粒体动态（融合/分裂）的失衡进一步加剧了伤口的不愈合状态。这些观察结果表明，线粒体是将代谢衰竭与烧伤损伤中的免疫失调联系起来的关键治疗靶点。
尽管在伤口敷料和基于生物材料的疗法上取得了进展，但目前大多数方法主要提供结构支持或非特异性的抗炎作用，并未直接解决线粒体功能障碍的问题。虽然 beberapa 针对线粒体的药物（如抗氧化剂Mito-TEMPO、代谢辅因子辅酶Q10和肽稳定剂elamipretide）在临床前研究中表现出疗效，但其临床应用仍然有限。许多这类药物依赖于线粒体膜电位或广泛表达的受体，导致选择性差，并可能干扰正常的线粒体信号通路。此外，无机纳米材料（如氧化铈、氧化锌）和线粒体分裂抑制剂（如Mdivi-1）也可能产生脱靶效应或干扰正常的线粒体生理功能，从而限制了它们的临床应用。因此，理想的烧伤修复治疗药物应既能保护线粒体完整性并恢复代谢功能，又避免盲目清除ROS或干扰正常的线粒体信号通路。
天然来源的多糖为开发可通过与宿主细胞相互作用来促进组织修复的生物活性材料提供了有前途的基础。其中，聚覆合酸（CA）是一种由大肠杆菌等肠道细菌产生的分支状外多糖，因其对线粒体调节的作用而备受关注。先前的研究表明，CA可以调节线粒体动态和线粒体未折叠蛋白反应，从而延长秀丽隐杆线虫的寿命。这些发现为探索CA作为损伤组织中线粒体功能调节剂的潜力提供了依据。然而，CA是否能够保持哺乳动物伤口细胞的线粒体功能，并将这些保护作用转化为改善烧伤修复效果，以及其背后的细胞机制，目前尚不清楚。
在本研究中，我们证明CA作为一种保护线粒体的治疗药物，通过恢复代谢功能和协调免疫反应来加速烧伤伤口的修复。利用一种工程化的高产量、低内毒素大肠杆菌生产系统，我们发现CA能够保持线粒体完整性，增强成纤维细胞的存活能力，并促进深度二度烧伤模型中的细胞外基质沉积。此外，CA还通过重新编程线粒体代谢来指导巨噬细胞的募集和极化，从而重塑伤口的免疫微环境。从机制上讲，我们确定转录调节因子THAP11是CA作用的关键介质，因为敲除THAP11会消除CA的线粒体保护效应和治疗效果。这一策略的有效性和临床潜力已在鼠和小猪烧伤模型中得到验证。综上所述，CA是一种以线粒体为中心的免疫-代谢调节剂，将代谢恢复与免疫引导的组织再生相结合，为改善烧伤伤口修复提供了一种可行的方法。
章节摘录
聚覆合酸通过代谢-免疫协调加速烧伤伤口愈合
为了对CA在烧伤伤口修复中的效果进行体内评估，我们必须建立一种能够大规模生产CA的同时将内毒素污染降到最低的生产途径。因此，我们改造了一种能够产生CA的大肠杆菌菌株，并使用CRISPR/Cas9删除了与内毒素合成相关的关键基因（lpxP、eptA、lpxM、lpxM）（见表S1）。聚覆合酸（CA）通过絮凝和澄清的多步骤工艺进行纯化。
讨论
有效的伤口愈合需要细胞代谢、免疫调节和ECM重塑的协同作用——这在严重烧伤中受到了严重破坏。本研究证明，聚覆合酸（CA）这种高纯度、低内毒性的微生物衍生多糖通过两种机制加速烧伤修复：保护真皮成纤维细胞的线粒体功能并动态重编程局部免疫反应。
结论
在本研究中，我们介绍了聚覆合酸（CA），这是一种经过改造、具有高纯度和低内毒性的微生物衍生外多糖，作为一种单剂型的线粒体保护生物材料。CA通过积极恢复免疫-代谢相互作用来加速烧伤修复。在烧伤损伤的成纤维细胞中，CA保护线粒体超微结构，增强氧化磷酸化作用，并上调ATP的产生——这些效果依赖于线粒体转录调节因子Thap11。
聚覆合酸的制备和生产
大规模生产聚覆合酸（CA）需要严格控制内毒素，因为残留的脂多糖（LPS）可能引发强烈的炎症反应。常规纯化方法无法将LPS水平降至治疗所需水平，因此我们重新设计了CA生产菌株Δ3，以从源头上控制内毒素。
CRediT作者贡献声明
赵建平：可视化、验证、方法学、研究。 刘一思：可视化、验证、方法学、研究。 罗楚月：可视化、验证、研究。 罗高星：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 初稿、监督、项目管理、概念构思。 陈飞：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 初稿、概念构思。 王阳平：可视化、验证。
数据可用性
支持本研究结果的主要数据可在论文及其补充信息中找到。如需获取更多数据，可向通讯作者提出合理请求。
利益冲突
G.Z.、Q.Y.L.、J.H.P.和C.Z.是专利申请（中国专利编号2024113059469）的共同发明人，该专利描述了聚覆合酸在烧伤伤口修复中的应用。G.Z.、J.H.P.和C.Z.也是另一项专利（中国专利编号CN118593537A）的共同发明人，该专利描述了聚覆合酸在维持线粒体功能中的作用。此外，C.Z.还是两项专利（中国专利编号CN115287314B和CN114957509B）的发明人，这两项专利涉及大规模发酵生产的相关方法。
利益冲突声明
作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务支持和个人关系：赵中超报告获得了中国国家重点研发计划的支持；尹宇报告获得了中国国家自然科学基金的支持；...
致谢
本研究得到了中国国家重点研发计划（项目编号2024YFA0920100）、 中国国家自然科学基金（项目编号32125023、82372403、32488301）以及 深圳市科技计划（项目编号ZDSYS20220606100606013）的资助。
作者列表：钟刚 | 梁倩仪 | 庞佳华 | 翟向伟 | 武海英 | 徐娜 | 罗楚月 | 刘一思 | 赵建平 | 孙平平 | 王阳平 | 陈飞 | 罗高星 | 尹宇 | 赵中超
