《Biomaterials》：Trifunctional nanoparticles accelerate diabetic wounds healing via oxidative-immune-vascular coordination
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糖尿病傷口修復中基于血紅素納米酶的三功能生物礦化納米系統通過時空協同調控ROS代謝、炎癥應答和血管再生實現高效修復。摘要：
糖尿病傷口因慢性炎癥、ROS過度產生及血管新生受損形成惡性循環。本研究設計了一種含血紅素納米酶（ROS清除）、堿性成纖維細胞生長因子（bFGF，促血管生成）和MnS殼層（pH響應釋放H?S）的三功能納米顆粒，通過ROS轉化生成O?改善微環境，H?S調控免疫應答，bFGF促進血管再生和膠原重塑。機制研究表明納米酶通過HIF-1α抑制減少bFGF介導的血管生成抑制，H?S激活Nrf-2/HO-1通路增強抗氧化能力，bFGF促進細胞增殖放大H?S介導的巨噬細胞極化。該納米系統為糖尿病傷口提供氧化-免疫-血管協同療法新范式。
左彥明|曹秦|景志豪|馮志毅|梁敏輝|曹志強|夏海陽|凌慧星|李曉坤|王周光
中國浙江省溫州市溫州醫科大學藥學院
摘要
目前，糖尿病傷口的治療仍然是一個關鍵的臨床挑戰，因為其治療效果不佳。患有糖尿病傷口的患者會出現長期的炎癥、活性氧（ROS）過度生成以及血管生成受損，從而形成一個自我持續的愈合循環。在這里，我們報道了一種仿生三功能納米粒子，該粒子包含納米酶（Heme@BSA）、一個ROS清除核心、一個促血管生成的bFGF載荷，以及一個pH響應性的H?S釋放MnS外殼。這種設計通過將ROS轉化為O?來實現時空協同作用，以緩解糖尿病傷口中的自我持續愈合循環；通過微環境觸發的H?S釋放來減輕過度炎癥；并通過持續釋放bFGF來促進細胞增殖和遷移，有助于膠原的有序重組，并加速上皮化過程。全面的機制分析表明：納米酶轉化的O?可以減少HIF-1α穩定的bFGF介導的血管再生；H?S驅動的Nrf-2激活和HO-1上調有效幫助納米酶克服急性ROS微環境中的問題，憑借其強大的抗氧化和抗凋亡能力；而bFGF支持的增殖則有效增強了傷口核心中的巨噬細胞極化。總體而言，我們的研究為糖尿病傷口修復提供了一種氧化-免疫-血管協調的方法，突顯了其在糖尿病傷口管理中的轉化潛力。
引言
糖尿病是一種以高血糖為特征的慢性代謝疾病。全球約有4.63億糖尿病患者，隨著人口老齡化，這一數字仍在上升。其進展性并發癥——糖尿病足潰瘍（DFU）影響了25%的患者，帶來了諸如難治性傷口、神經性疼痛和截肢風險增加等緊急臨床挑戰[1]。糖尿病傷口愈合的病理生理機制已被證明是由多種因素驅動的，包括異常的微血管功能、免疫失調和氧化應激升高[2]。目前的糖尿病傷口臨床干預措施，包括感染控制和傷口閉合，仍然受到治療效果不佳的困擾。迫切需要開發新的治療方法來應對糖尿病傷口[3]。
糖尿病傷口通常表現為高血糖引起的傷口愈合過程中的病理生理紊亂，如炎癥消退受損和血管再生缺陷[4][5][6]。糖尿病高血糖會顯著促進活性氧（ROS）的過度生成，這是傷口愈合失調的關鍵驅動因素：過量的ROS首先破壞免疫穩態，促使巨噬細胞向促炎型M1表型極化，并抑制其向促愈合型M2表型的轉化。在此過程中，微血管稀疏和膠原沉積失調進一步加劇了局部缺氧環境。此外，缺氧通過維持促炎信號通路延長了炎癥反應，形成了炎癥和缺氧之間的正反饋循環。最終，持續的炎癥和缺氧協同作用導致膠原合成受損和血管再生缺陷，使傷口愈合停滯，形成一個自我持續的惡性循環[7,8]。因此，有效的治療需要多模式策略，針對ROS中和、巨噬細胞表型重編程以及重建缺氧且再生受阻的微環境，以恢復組織的再生能力。
酶在調節和清除ROS微環境方面起著關鍵作用，但其臨床應用受到高制備成本和環境不穩定性的限制[9]。納米酶由于合成成本低且能高效催化清除ROS，有效解決了慢性傷口修復中的關鍵問題[4][5][6]。其中，基于血紅蛋白的材料具有內在的ROS清除催化活性和生物相容性，使其成為調節傷口微環境的有希望的候選者；然而，它們的臨床應用受到穩定性差的阻礙[10]。基本成纖維細胞生長因子（bFGF）具有促進血管生成和調節微環境的能力，有助于傷口愈合。硫化氫（H?S）之前被我們和其他團隊報道為一種巨噬細胞極化的介質。然而，它們的應用同樣受到穩定性和釋放控制問題的限制[11,12]。因此，將血紅素模擬納米酶、bFGF和H?S供體整合到一個穩定的納米粒子平臺上，為克服這些瓶頸并在血管生成、免疫調節和組織修復方面實現多效協同作用提供了有希望的策略。
在這里，我們通過一個仿生納米粒子系統（圖1）來解決這些挑戰。在我們的設計中，基于血紅素的納米酶（Heme@BSA）作為酶核心，bFGF被封裝在中間層，pH響應性的硫化錳（MnS）既作為H?S供體又作為保護涂層。在獲得的納米粒子中，靜電組裝使得陽離子bFGF與陰離子Heme@BSA核心精確共定位，而MnS礦化提供了暫時穩定且pH響應性的H?S釋放。這個三功能平臺通過協調機制來修復糖尿病傷口：血紅素基納米酶將ROS微環境轉化為氧氣生成中心，刺激觸發的H?S釋放用于免疫調節，以及“持續釋放的bFGF促進自發血管生成和再生。在鏈脲佐菌素誘導的糖尿病模型中，這些納米粒子表現出強大的治療效果：在急性期及時控制炎癥，在重塑期有效促進血管再生，并在整個過程中加速膠原重組和上皮閉合。總之，我們的結果證明了所設計的納米粒子在糖尿病傷口管理中具有顯著的轉化潛力。
NZs@bFGF@MnS的合成與表征
納米粒子（NZs@bFGF@MnS）是通過以下仿生礦化過程獲得的。首先，通過血紅素和牛血清白蛋白（BSA）的共組裝形成納米酶[13]。隨后，bFGF通過靜電相互作用與納米酶表面結合形成NZs@bFGF。最后，在厭氧條件下，NZs@bFGF與氯化錳（MnCl?）和硫化鈉（Na?S）反應，合成MnS礦化涂層[12,14]。
我們使用了動態光散射技術進行表征。
結論
本研究設計了一種仿生納米粒子系統，該系統共載了基于血紅素的納米酶、MnS和bFGF，在糖尿病傷口愈合中表現出強大的促進效果。一旦應用于糖尿病傷口，該納米系統通過治療級聯反應加速傷口愈合：在初始糖尿病堿性條件下穩定NZs核心，重塑氧化微環境；隨后，隨著傷口進入肉芽形成期（局部pH值迅速上升），
材料
四水合氯化錳（MnCl?·4H?O，M109463）、九水合硫化鈉（Na?S·9H?O）、30%過氧化氫（H?O?，H112520）溶液、Pluronic? F127（分子量=12,600，P775160）、鏈脲佐菌素（STZ，S110910）、CoCl?（C433716）、血紅素（H140872）和BSA（B265994）均購自Aladdin Biochem Technology（中國上海）。青霉素-鏈霉素溶液（C0222）、CCK-8（C0038）和Calcein/PI細胞活力/細胞毒性檢測試劑盒（C2015M）、活性氧...
CRediT作者貢獻聲明
左彥明：寫作——審稿與編輯、撰寫初稿、監督、研究、資金獲取、數據管理、概念構思。
曹秦：撰寫初稿、驗證、方法學、研究、數據管理。
景志豪：驗證、軟件使用、資源提供、方法學、研究。
馮志毅：方法學、研究。
梁敏輝：資源提供、項目管理。
曹志強：研究、數據分析。
夏海陽：軟件使用、資源提供、方法學。
致謝
本工作得到了國家自然科學基金（82271629、82472449）、浙江省領先創新與創業團隊引進計劃（2023R01002）、浙江省杰出青年科學家基金（LR25H250001）和浙江省優秀青年基金會科學委員會（LZYQ25H300002）的支持。
