糖尿病伤口因活性氧（ROS）介导的免疫功能紊乱而难以愈合，其中巨噬细胞的线粒体代谢重编程对炎症消退和组织修复至关重要。本研究中，研究人员创新性地通过pH响应性动态席夫碱（Schiff base）连接键将抗氧化剂虾青素（Ast）与代谢激活剂二甲双胍（Met）偶联，形成两亲性Ast-PEG-Met偶联物，该偶联物可自组装成纳米胶束（NMs）。该策略有效提高了Ast的溶解度，并实现了两种互补药物的协同递送。NMs靶向巨噬细胞线粒体，Ast在其中清除线粒体ROS（mtROS），Met激活能量代谢通路，二者协同作用。两种药物协同激活AMPK-PPARγ轴并促进线粒体自噬（mitophagy），从而恢复线粒体功能并调节免疫代谢重编程。为实现按需释放，NMs进一步被封装入由动态苯硼酸酯键交联的ROS响应性自愈合水凝胶中。该系统对高水平ROS和酸性伤口微环境具有响应性，并具有良好的生物相容性。在糖尿病全层皮肤缺损模型中，该集成平台显著加速了伤口愈合，促进了胶原沉积和血管生成，并缓解了慢性炎症。该工作为通过双响应水凝胶药物递送系统，采用抗氧化-代谢调节联合策略治疗慢性糖尿病伤口提供了有前景的方案。
糖尿病慢性伤口是临床面临的重大难题，严重损害患者生活质量。正常伤口愈合遵循炎症、增殖和重塑的有序级联过程，但糖尿病伤口的高血糖微环境会诱导晚期糖基化终产物（AGEs）过度积累、多元醇通路过度激活以及线粒体功能障碍，这些因素共同导致活性氧（ROS）的快速积聚。因此，清除过量ROS成为维持线粒体稳态和促进伤口愈合最直接的策略。天然抗氧化剂因其来源广泛、生物相容性优异及安全性高，更适合长期慢性伤口修复，其中虾青素（Ast）被公认为最强效的天然抗氧化剂，其抗氧化能力远超维生素C及其他类胡萝卜素，能高效淬灭单线态氧、清除多种自由基并抑制脂质过氧化，更重要的是可直接保护线粒体膜、维持线粒体稳态。然而，Ast极强的疏水性和化学不稳定性严重限制了其在皮肤伤口修复中的应用，现有制剂多采用油脂、乳膏、薄膜等剂型直接给药，无法实现病灶部位的长期滞留和精准递送。水凝胶因优异的保湿性、组织适应性和生物相容性成为伤口修复敷料的研究热点，但将Ast整合入水凝胶系统的研究仍较匮乏，且多依赖简单物理混合或溶剂负载，缺乏有效的分子工程策略实现稳定包载和可控释放。
与此同时，巨噬细胞功能障碍并非仅由氧化损伤引起，单纯的ROS清除无法完全逆转糖尿病伤口中巨噬细胞的病理极化。异常的能量代谢在这一病理过程中同样发挥关键作用：糖尿病微环境损害巨噬细胞线粒体氧化磷酸化，使细胞能量代谢从高效的氧化磷酸化转向糖酵解主导，这种代谢重编程进一步强化了促炎M1表型，同时抑制巨噬细胞向促修复M2表型极化。因此，恢复线粒体代谢功能、激活细胞能量感应通路成为纠正巨噬细胞功能障碍、重建免疫稳态的另一关键策略。二甲双胍（Met）作为经典降糖药物和核心细胞能量传感器AMP激活蛋白激酶（AMPK）的激动剂，具有调节能量代谢重编程、恢复线粒体氧化磷酸化、促进巨噬细胞向M2表型极化的潜力。
基于上述背景，研究人员开展了一项从分子工程到材料设计的集成智能治疗策略研究，成果发表于《Bioactive Materials》。该研究的核心目标在于：如何高效地同时递送Ast和Met这两种功能互补但溶解度差异显著的药物，通过单一递送系统实现协同线粒体靶向，发挥抗氧化与代谢调节的联合效应。
研究人员采用两步可控偶联反应合成两亲性Ast-PEG-Met偶联物：首先通过酯化反应提高Ast的水溶性，随后通过pH响应性动态席夫碱键实现Ast与Met的精准偶联。该偶联物在水溶液中自组装成核壳结构纳米胶束，Ast构成疏水核，PEG-Met分布于亲水壳层，显著提高了Ast的化学稳定性并实现两种功能药物的共递送。进而，这些NMs被封装入由动态苯硼酸酯键构建的ROS响应性自愈合水凝胶中，形成Ast-PEG-Met Gel。该水凝胶具有适宜的机械强度、自愈合性能和组织粘附性，能在高ROS伤口微环境中特异性降解释放NMs，而酸性条件进一步触发NMs中药物的释放，实现时空可控的药物递送。
该研究的主要发现与结论如下：Ast-PEG-Met NMs通过靶向巨噬细胞线粒体，使Ast清除mtROS并改善细胞氧化还原状态，Met激活AMPK信号通路调节能量代谢，二者协同修复线粒体功能、促进巨噬细胞代谢重编程，驱动其从促炎M1表型向促修复M2表型转变。重编程后的巨噬细胞分泌抗炎因子和促血管生成因子，重塑伤口免疫微环境，打破慢性炎症循环。在链脲佐菌素（STZ）诱导的糖尿病大鼠全层皮肤缺损模型中，该集成平台显著加速伤口愈合，促进胶原沉积和血管生成，缓解慢性炎症。
研究采用的关键技术方法包括：化学合成与表征技术（薄层色谱TLC、核磁共振波谱
1H NMR、傅里叶变换红外光谱FT-IR、质谱MS、动态光散射DLS、透射电子显微镜TEM）用于偶联物及NMs的制备与性质分析；自由基清除能力评价（DPPH和ABTS法）及细胞氧化应激模型用于评估抗氧化活性；LPS刺激的RAW 264.7巨噬细胞模型结合免疫荧光染色、ELISA及RNA测序（Illumina NovaSeq 6000平台）用于分析巨噬细胞极化、细胞因子分泌及转录组变化；线粒体功能分析（MitoSOX™ Red、JC-1探针、calcein-AM/CoCl
2淬灭法、荧光素酶法ATP检测）及Western blot用于验证线粒体 rescue 机制；苯硼酸修饰的羧甲基壳聚糖（CMCS-BA）与多巴胺（DA）交联构建ROS响应性水凝胶，通过扫描电子显微镜SEM和流变学测试表征其性能；水凝胶药物释放实验用于评价双响应释药行为；CCK-8、活/死染色、溶血实验用于评估生物相容性；划痕愈合实验和Matrigel管腔形成实验用于评价旁分泌活性；STZ诱导的雄性SD大鼠糖尿病全层皮肤缺损模型用于体内治疗效果评价，样本来源为空军军医大学实验动物中心。
研究结果部分：
**Ast-PEG-Met偶联物及NMs的合成与表征**。通过TLC、FT-IR、
1H NMR和MS系统确认了偶联物的逐步合成。UV-Vis光谱显示偶联物在330-380 nm处出现席夫碱键特征吸收带。与游离Ast相比，Ast-PEG-Met偶联物在水、PBS、DMEM等多种生理介质中的溶解度显著提高。DLS显示Ast-PEG-Met NMs水合粒径为238.0±41.7 nm，较中间体Ast-PEG组装体（386.7±74.3 nm）更均一紧凑；Met的引入使NMs表面呈正电荷（+28.4±2.2 mV）。TEM证实形成球形、单分散的核壳结构NMs。
**ROS清除及抗氧化活性评估**。Ast-PEG-Met保留了与游离Ast相当的DPPH清除能力，并呈剂量依赖性清除ABTS
+•。在H
2O
2诱导的L929成纤维细胞氧化应激模型中，8 μg/mL Ast-PEG-Met NMs完全恢复细胞活力至正常水平，显著优于游离Ast；同时提升CAT和SOD活性至基线水平，降低MDA含量，恢复GSH水平，并显著减少细胞内ROS荧光强度。
**巨噬细胞从M1向M2表型重编程分析**。在LPS刺激的RAW 264.7巨噬细胞中，Ast-PEG-Met NMs较游离Met更强地下调iNOS和CCR7表达，上调Arg-1和CD206表达；ELISA显示其更显著抑制TNF-α分泌、促进IL-10分泌，表明协同增强的免疫调节效应。
**转录组学分析揭示线粒体中心代谢重编程**。RNA测序显示Ast-PEG-Met组与对照组相比存在大量差异表达基因，KEGG富集分析显著富集PPAR信号通路、自噬、AMPK信号通路和泛素介导的蛋白水解；GO分析显示线粒体完整性及氧化还原代谢相关术语显著富集，提示NMs可能通过协同上调AMPK-PPARγ活性和线粒体自噬促进M2极化。
**线粒体功能 rescue 及生物 energetics 增强验证**。Ast-PEG-Met NMs显著降低mtROS水平、抑制线粒体通透性转换孔（MPTP）开放、恢复线粒体膜电位、增加ATP含量。Western blot证实其激活AMPK-PPARγ轴，上调PINK1、Parkin和LC3-II表达。使用线粒体自噬抑制剂Mdivi-1阻断后，NMs的炎症因子调节和线粒体保护效应均显著减弱，证明线粒体自噬是其发挥抗炎和线粒体保护作用的关键通路。
**ROS响应性自愈合水凝胶的构建与表征**。CMCS-BA的成功合成经
1H NMR和FT-IR确认；水凝胶形成经苯硼酸酯键特征峰验证。Ast-PEG-Met Gel呈特征性橙色，具有宏观自愈合能力和强组织粘附性，SEM显示其层状致密互联微观结构，流变学测试显示储存模量G′约900 Pa、损耗模量G″约300 Pa，G′与G″交点于256%应变处，经4次应力循环后G′和G″仍稳定于初始值的80%以上。药物释放实验证实：生理条件（pH 7.4，无H
2O
2）下释放缓慢，H
2O
2存在时释放加速，酸性（pH 6.5）与氧化条件联合时释放最快最充分，呈现"凝胶降解释放NMs—酸性触发NMs释药"的两阶段级联释放。
**体外生物相容性与生物活性评价**。Ast-PEG-Met Gel提取物对L929成纤维细胞、HUVECs和RAW 264.7巨噬细胞均无毒性且显著促进成纤维细胞活力，溶血率远低于5%安全阈值。其条件培养基显著加速L929细胞划痕愈合（48小时愈合率达87.71%），并促进HUVECs形成更丰富的毛细血管样网络（节点数约为对照组3倍）。
**糖尿病伤口模型疗效与机制评价**。在STZ诱导的糖尿病大鼠全层皮肤缺损中，Ast-PEG-Met Gel组第7天即达总愈合的80%（空白组约65%，空白凝胶组约64%），第14天实现成熟组织再生，包括再上皮化、有序胶原束和皮肤附件结构恢复。第7天伤口组织分析显示：DHE染色超氧化物水平显著降低；F4/80
+CD206
+ M2巨噬细胞显著增加；TNF-α降低而IL-10升高；CD31和α-SMA共定位显著增强，表明活跃的血管新生。
讨论与结论总结：该研究开发了一种从分子工程到材料设计的集成智能治疗策略。Ast-PEG-Met两亲性偶联物有效改善了Ast的溶解度和抗氧化活性，实现了抗氧化与代谢调节的协同部署。NMs靶向巨噬细胞线粒体，清除mtROS并激活AMPK-PPARγ通路，促进线粒体自噬以恢复线粒体稳态，从而有效重编程巨噬细胞免疫代谢并消退持续炎症。封装于自愈合双响应水凝胶后，NMs可在糖尿病伤口微环境中按需释放。该联合平台显著促进组织再生，加速伤口闭合、促进血管生成并促进胶原成熟。这项工作为糖尿病伤口及其他炎症性组织疾病的免疫代谢调节提供了机制明确的可转化策略。
研究结论翻译：总之，研究人员开发了一种用于慢性糖尿病伤口的集成治疗系统，将线粒体靶向NMs制剂与ROS/pH响应性水凝胶相结合。合理设计的Ast-PEG-Met两亲性偶联物有效提高了Ast的溶解度和抗氧化活性，实现了抗氧化活性与代谢调节的协同部署。通过靶向巨噬细胞线粒体并清除mtROS，该系统激活AMPK-PPARγ通路并促进线粒体自噬以恢复线粒体稳态，从而有效重编程巨噬细胞免疫代谢并消退持续炎症。当整合入自愈合双响应水凝胶时，NMs可在糖尿病伤口微环境中实现按需载荷释放。该联合平台显著促进组织再生，加速伤口闭合、促进血管生成并促进胶原成熟。这项工作为免疫代谢调节提供了基于机制的策略，为糖尿病伤口及其他炎症性组织疾病的治疗提供了有前景且可转化的方法。
