《Bioactive Materials》：Self-assembling biomimetic peptide hydrogel regulates tissue homeostasis to promote repair of persistent corneal epithelial defects
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持续性角膜上皮缺损（PCED）因泪液快速周转、眨眼诱导的剪切应力以及富含蛋白酶的 ocular surface（眼表）限制了可溶性生物活性因子的疗效，仍然是一个重大临床挑战。研究人员报告了一种双功能自组装肽水凝胶 mIGF-Gel（Biotin-DFYIGSS
持续性角膜上皮缺损（PCED）因泪液快速周转、眨眼诱导的剪切应力以及富含蛋白酶的 ocular surface（眼表）限制了可溶性生物活性因子的疗效，仍然是一个重大临床挑战。研究人员报告了一种双功能自组装肽水凝胶 mIGF-Gel（Biotin-DFYIGSSSR），在单一设计中整合了来源于层粘连蛋白的粘附基序 YIGSR 和来源于胰岛素样生长因子 1（IGF-1）的 SSSR 生物活性基序。该肽形成富含β-折叠（β-sheet）的纳米纤维水凝胶，具有剪切变稀（shear-thinning）、粘弹性（viscoelastic）和自恢复（self-recovering）特性，能够适应动态 ocular surface。与重组 IGF-1 相比，mIGF-Gel 保留 IGF-1 样生物活性，同时提供增强的蛋白酶解稳定性（proteolytic stability）、ocular retention（眼表滞留）和局部递送效率。机制上，mIGF-Gel 激活 IGF-1 受体介导的 PI3K/AKT 信号通路，促进角膜上皮细胞增殖、迁移和存活。在急性角膜损伤模型中，局部施用 mIGF-Gel 加速 re-epithelialization（再上皮化）并改善上皮修复质量。在地塞米松抑制的延迟愈合模型中，每日一次给药达到与每日三次 IGF-1 相当的治疗效果，同时进一步增强上皮分层、基底膜重建和早期神经修复。总之，这些结果确立了 mIGF-Gel 作为一种生物活性、伤口适应性肽水凝胶，克服了药代动力学限制，并具有治疗持续性上皮缺损的转化潜力，这在急性损伤和模拟 PCED 的延迟愈合模型中均得到证实。
**研究背景与问题**
持续性角膜上皮缺损（PCED）是角膜上皮伤口延迟愈合或持续不愈合的病理状态，其特点包括上皮细胞迁移和增殖受损、上皮-基质粘附异常、组织修复失调，并伴有局部炎症激活、氧化应激增加及角膜神经功能障碍。尽管自体血清等血液衍生疗法有一定疗效，但受限于操作复杂、批次差异和高昂成本。层粘连蛋白（含YIGSR基序）和胰岛素样生长因子1（IGF-1）是促进上皮修复的关键因子，但蛋白类疗法因半衰期短、眼表生物利用度低、抗机械应力不足而受限。自组装肽水凝胶可通过形成类细胞外基质的纳米纤维网络提供机械保护并实现局部缓释，但多数现有系统仅作为被动递送载体，缺乏主动调控上皮修复微环境的能力。因此，研究人员旨在设计一种兼具结构适应性和内在生物活性的双功能自组装肽水凝胶，以解决PCED的多因素病理。该研究发表在《Bioactive Materials》。
**主要技术方法**
研究人员采用固相肽合成法制备肽序列mIGF-Gel（Biotin-DFYIGSSSR）及对照肽。通过透射电子显微镜（TEM）、圆二色光谱（CD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）表征纳米纤维结构和二级结构；利用流变学测试评估剪切变稀、粘弹性和自恢复特性；通过蛋白酶K降解实验和微尺度热泳（MST）分析蛋白酶解稳定性和受体结合亲和力。体外实验使用人角膜上皮细胞（HCECs）和人角膜基质细胞（HCSCs），通过CCK-8、活/死染色、Transwell迁移、划痕实验、流式细胞术、Western blot、qPCR和免疫荧光评估增殖、凋亡、氧化应激、炎症和迁移；体内实验采用Sprague-Dawley（SD）大鼠，建立急性角膜上皮损伤模型和地塞米松诱导的延迟愈合模型，通过荧光素染色、OCT、组织学、免疫荧光和全角膜神经染色评估修复效果。
**研究结果**
**2.1 制备与表征**：mIGF-Gel在0.4 wt%浓度下形成透明水凝胶，TEM显示均匀纳米纤维三维网络，CD和FTIR证实主要β-折叠结构。流变学显示储能模量（G′）大于损耗模量（G″），具有剪切变稀和触变自恢复特性，OCT证实眼表铺展和滞留良好。D-苯丙氨酸的引入增强了水凝胶稳定性和蛋白酶解抗性。
**2.2 持续IGF-1R激活**：Western blot显示mIGF-Gel显著增加HCECs中pIGF-1R水平，与重组IGF-1相当；在H?O?诱导氧化应激下仍维持IGF-1R激活并促进AKT磷酸化。MST显示mIGF-Gel与IGF-1R结合亲和力（KD=185.7 nM）低于IGF-1（KD=14.9 nM），但蛋白酶K降解实验中mIGF-Gel在6小时后保留49.1%，而IGF-1在30分钟内完全降解。比较蛋白质组学KEGG分析显示差异蛋白富集于黏着斑、PI3K-Akt信号和细胞骨架调控。
**2.3 体外生物活性**
- **2.3.1 促进增殖**：CCK-8显示mIGF-Gel在50 nM时促进HCECs增殖，呈钟形剂量曲线；在H?O?应激下恢复细胞活力，Ki67蛋白和mRNA表达上调，免疫荧光证实Ki67阳性核增加。双基序肽的促增殖效果优于单基序肽。
- **2.3.2 抑制凋亡与氧化应激**：TUNEL和流式凋亡检测显示mIGF-Gel将H?O?诱导的凋亡率从13.69%降至6.71%，与IGF-1相当；DCFH-DA流式显示ROS水平降低44.73%。
- **2.3.3 缓解炎症**：qPCR显示mIGF-Gel降低H?O?诱导的TNF-α、IL-6和IL-1β mRNA表达（分别降低65.36%、18.38%和43.43%），免疫荧光确认IL-1β减少。
- **2.3.4 增强迁移**：Transwell和划痕实验显示mIGF-Gel促进HCECs迁移，Western blot、qPCR和免疫荧光证实LAMC2和ITGB1表达恢复，优于IGF-1。
**2.4 体内治疗效果**
- **2.4.1 急性模型**：荧光素染色显示mIGF-Gel组在48小时愈合率达94.10%，快于IGF-1（86.08%）和PBS（76.88%），OCT证实缺陷缩短。眼表滞留实验显示水凝胶组在30分钟仍保留约54%荧光信号，持续至50分钟；房水药代动力学显示C_max和AUC分别提高2.4和2.6倍。组织学显示mIGF-Gel组上皮更厚、分层更佳，Ki67阳性细胞增加，TUNEL阳性减少，LAMC2和ITGB1连续分布，IL-1β降低，PAX6和CK12表达上调，角膜神经阳性面积增加（35.67% vs PBS 10.67%）。
- **2.4.2 延迟愈合模型**：每日一次mIGF-Gel在5天实现完全再上皮化（愈合率96.35%），与每日三次IGF-1（97.37%）相当；H&E显示多层结构恢复。Ki67免疫荧光强阳性，LAMC2和ITGB1连续分布；全角膜神经染色显示β-tubulin阳性面积百分比显著高于IGF-1、单基序和对照水凝胶组，角膜感觉恢复更优。双基序组合的效果优于单基序或非特异性水凝胶。
**2.5 安全性评估**：CCK-8显示400 nM以下无细胞毒性，活/死染色证实保护作用；大鼠眼表刺激试验无充血、分泌物或角膜混浊，荧光素染色无额外损伤，主要器官H&E染色未见异常。
**结论**
研究人员总结认为，mIGF-Gel是一种整合了层粘连蛋白衍生粘附基序和IGF-1模拟生物活性基序的双功能自组装肽水凝胶，形成的β-折叠富集纳米纤维网络具有剪切变稀、粘弹性和自恢复特性，增强了眼表滞留、蛋白酶解稳定性和持续促修复刺激。功能上，mIGF-Gel保留IGF-1样生物活性并在体外促进上皮修复；其促愈合能力在急性角膜上皮损伤模型中得到初步验证，并在更接近PCED病变特征的地塞米松诱导延迟愈合模型中进一步确认。这些结果凸显了mIGF-Gel作为结构适应性、促再生肽水凝胶在受损角膜愈合条件下的潜力，并提示了更广泛的眼表再生应用。该研究建立了一种生物活性、伤口适应性肽水凝胶的模块化设计策略，为眼表再生提供了多功能平台。
