球盟会(中国)

针对上述问题，重庆大学吴伟研究员、张坤博士团队设计并构建一种基于菊粉的活体-合成混合水凝胶（LICH），顺利获得口服递送活体益生菌（鼠李糖乳杆菌GG，LGG）和透明质酸修饰的碳点纳米酶（HA-CD）。该水凝胶在胃酸环境下触发孔洞收缩以保护益生菌；到达肠道后，HA-CD靶向病灶清除ROS并调控巨噬细胞极化，同时益生菌与菊粉协同恢复菌群平衡。在溃疡性结肠炎（UC）小鼠模型中，LICH显著改善病理微环境，并顺利获得多组学分析揭示其顺利获得调控炎症、修复屏障及代谢通路发挥作用。该文章于2025年7月25日以《Orchestrating Gut Disorders by Oral Delivery of a Living–Synthetic Hybrid Hydrogel》为题发表于《ACS Nano》（DOI: 10.1021/acsnano.5c08982）。

图1.多功能菊粉水凝胶靶向病灶清除ROS、促进巨噬细胞极化并调控菌群示意图

（1）HA-CD的靶向与ROS清除能力

HA-CD在模拟胃肠液中保持结构稳定，其光学性质与CD相似（图2A-C）。HA-CD具有良好的生物相容性（图2E, F）。顺利获得CD44受体介导，HA-CD对炎症细胞（RAW264.7）表现出增强的靶向能力（图2G-J, L）。与CD相比，HA-CD能更有效地清除细胞内ROS（图2K, M），并促进巨噬细胞从促炎的M1表型向抗炎的M2表型极化（图2N, O）。

图2. HA-CD的靶向与ROS清除能力：（A-C）CD与HA-CD的光谱特性；（D）浓度无关的光稳定性；（E-F）无细胞毒性；（G）HA介导的CD44靶向机制；（H-J）巨噬细胞对HA-CD的摄取增强；（K-M）ROS清除效果；（N-O）巨噬细胞M2型极化

（2）胃酸响应性孔道收缩及LGG保护

分子动力学模拟显示，在酸性条件下，HA链发生质子化并聚集，导致构象从线性转变为致密的球状结构（图3C-G）。随着HA含量增加（至10%），水凝胶在模拟胃液（SGF）中孔道收缩更明显（图3J, K）。含10% HA的LICH能显著提高LGG在SGF中的存活率（图3L-N）及后续生长能力（图3O），并在体内实验中增加结肠内的LGG数量（图3P）。此外，LICH能在菊粉酶作用下控制释放HA-CD（图3Q）。

图3.LICH的制备与保护机制：（A）合成示意图；（B）胃酸响应孔洞收缩；（C-F）MD模拟HA质子化折叠过程；（G）表面亲疏水性变化；（H-I）流变学特性；（J-K）SEM显示孔洞收缩；（L-N）LGG存活率提升；（O）菌落计数；（P）结肠内LGG定植；（Q）HA-CD缓释曲线

（3）长期肠道滞留及抗炎作用

体内外成像显示，与游离LGG相比，LICH能显著延长在肠道内的滞留时间（图4A-D）。在DSS诱导的UC小鼠模型中，LICH治疗改善了生存率、体重和疾病活动指数，减轻了结肠缩短（图4F, G），上调了抗炎细胞因子IL-10，下调了促炎细胞因子IL-1β和TNF-α（图4H-L），并降低了髓过氧化物酶（MPO）的表达（图3M）。

图4. LICH的长效滞留与抗炎效果：（A-D）体内外荧光示踪；（E）实验流程；（F-G）结肠长度恢复；（H-L）炎症因子调控；（M）MPO表达下降

（4）抗炎与ROS清除效果

LICH治疗显著降低了结肠组织中M1巨噬细胞标志物iNOS的表达，并提高了M2 标志物ARG1的表达（图5A, B, D, E）。同时，LICH有效降低了结肠组织中的ROS积累（图5C, F）。此外，LICH减少了结肠组织中CD4+和CD8+ T细胞的浸润。

图5.屏障修复（A-B）紧密连接蛋白ZO-1/occludin表达恢复；（C）增殖标记PCNA上升

（5）促进肠道屏障修复

LICH处理增强了结肠组织中紧密连接蛋白ZO-1和occludin的表达与陆续在分布（图6A, B, D, E），提高了细胞增殖标志物PCNA的水平（图6C, F），增加了杯状细胞数量，并改善了肠道绒毛结构。

图6 .LICH的肠道屏障修复能力：代表性的免疫荧光图像显示：(A)结肠组织中ZO-1和(B)闭合蛋白的表达情况；(C)结肠组织中PCNA的代表性免疫组化图像；(D)基于(A)的ZO-1荧光强度定量分析；(E)基于(B)的闭合蛋白荧光强度定量分析；(F)基于(C)的PCNA阳性区域定量分析

（6）调节肠道菌群组成

LICH作用方式如图7A所示，LICH作用也提高了肠道菌群的α多样性（物种丰富度和均匀度）（图7B-G）。β多样 性分析（PCA, PCoA, NMDS）显示LICH处理使菌群结构更接近健康对照组（图7H-J）。LICH增加了有益菌（如乳酸杆菌、阿克曼菌、粪杆菌）的相对丰度，降低了有害菌（如埃希氏菌- 志贺氏菌、脱硫弧菌、链球菌）的相对丰度（图7L-R）。肠道类型分析和LEfSe分析进一步证实了LICH对菌群失调的改善作用（图7K）。

图7.菌群调控：（A）作用示意图；（B-G）α多样性提升；（H-K）β多样性分析；（L-R）关键菌属丰度变化

（7）转录组学机制探讨

转录组分析显示，LICH处理使基因表达谱更接近于健康组（图8A-E）。GO和KEGG富集分析表明，LICH主要影响炎症调节和组织修复相关通路，如TNF、NF-κB、JAK-STAT、IL-17信号通路等（图8F, G）。GSEA分析证实LICH抑制了DSS诱导的上述炎症通路的过度激活（图8H-K）。

图8.转录组机制：（A）差异基因热图；（B）基因重叠分析；（C-E）火山图；（F-G）GO/KEGG富集通路；（H-K）GSEA验证炎症通路抑制

（8）代谢组学机制探讨

代谢组学分析显示LICH处理引起了独特的代谢谱变化（图9A-C）。与阳性组相比，LICH组有多种代谢物发生显著变化（图9D-F）。关键代谢物如飞燕草素-3-葡萄糖苷和N-乙酰-L-谷氨酰胺的上调，以及谷胱甘肽代谢、HIF-1信号通路的富集，表明LICH增强了抗氧化和抗炎防御（图9G, H, E）。醋酸盐、丁酸盐和D-果糖水平的增加，结合16S rRNA测序结果，提示菊粉被菌群降解后促进了有益代谢物的产生（图9K-M）。细胞外基质成分（软骨素、透明质酸前体）的增加提示LICH可能促进组织修复（图9I, J）。

图9.代谢组机制：（A）代谢物重叠分析；（B-C）PCA/PLS-DA模型；（D）差异代谢物；（E）通路富集；（F）VIP评分；（G-M）关键代谢物变化