一种用于精准输送白藜芦醇的黏附性水凝胶，在炎症性肠病的治疗中发挥作用

《Food Frontiers》：A Mucoadhesive Hydrogel for Precise Resveratrol Delivery in the Management of Inflammatory Bowel Disease

　　CMTR-Gel通过静电吸附结合受损黏膜，利用ROS响应性键断裂精准释放多酚Res，有效抑制炎症反应并促进肠道屏障修复，在DSS和TNBS诱导的结肠炎小鼠模型中均优于磺胺嘧啶。

　　炎症性肠病（IBD）是一种慢性免疫介导性疾病，主要表现为反复发作的胃肠道炎症，给全球的公共健康带来了重大负担。据研究显示，全球已有超过680万人受到IBD的影响，该疾病不仅导致显著的发病率，还伴随着高昂的医疗成本和生活质量下降（Ng等，2017；Windsor等，2023）。IBD包括两种主要的病理形式：溃疡性结肠炎（UC）和克罗恩病（CD）。UC通常表现为从直肠开始的连续性黏膜炎症，向近端扩散，而CD则涉及整个消化道的透壁性跳跃性病变，主要影响回肠末端、结肠和肛门区域（Dolinger等，2024；Torres等，2017）。当前IBD的治疗主要依赖于免疫调节策略，如肿瘤坏死因子（TNF）-α拮抗剂（例如英夫利昔单抗）和白介素（IL）-12/23抑制剂（例如乌司奴单抗），这些疗法能在40%至60%的患者中诱导临床缓解（Feuerstein等，2020；Torres等，2020）。然而，这些治疗手段也伴随着显著的副作用，如TNF-α拮抗剂可能增加严重感染、自身免疫反应及罕见恶性肿瘤的风险（Chudy-Onwugaje等，2019），而IL-12/23抑制剂虽然感染风险较低，但仍有上呼吸道感染、头痛等不良反应的报道（Neurath等，2024）。此外，约30%的患者对这些生物药物无反应（原发性无应答），而初始应答者中有23%至45%的患者每年会失去疗效（继发性无应答），这凸显了广谱免疫调节疗法在临床中的局限性。因此，探索新的治疗策略以实现IBD的有效管理及长期缓解变得尤为迫切。

在生物药物之外，天然的药物-食品同源化合物因其广泛的治疗潜力而备受关注。这类化合物包括多酚、黄酮类物质和多糖等，它们在调节炎症通路、减轻氧化应激和增强免疫反应方面展现出良好的作用（Gu等，2024）。例如，白藜芦醇（Res）作为一种天然的多酚类物质，广泛存在于葡萄、桑葚和花生等植物中，已被多项研究证实具有治疗IBD的潜力（Chen和Xiang，2019；Samsami-kor等，2015；Samsamikor等，2016）。尽管如此，Res在实际应用中仍面临一些挑战，如水溶性差、化学稳定性低以及在体内代谢速度快等问题（Wu等，2020）。传统的Res递送系统，如脂质体、纳米颗粒和微球等，虽部分缓解了这些问题，但它们通常无法有效保护Res免受胃肠道降解，缺乏对结肠病变部位的靶向释放能力，或在炎症部位的生物利用度较低，导致仅有部分药物能到达病理性组织（Song等，2024）。因此，开发一种新型的药物递送系统，以保护Res免受降解并提高其在炎症部位的可及性，成为实现Res在IBD治疗中潜力的关键。

水凝胶作为一种具有高水含量和多孔三维网络结构的水溶性材料，近年来在生物医学领域显示出极高的竞争力，特别是在黏膜粘附药物递送系统方面（J. Li和Mooney，2016）。黏附性水凝胶在IBD治疗中具有独特的优势，它们能够同时附着于炎症部位以促进黏膜修复，提高局部药物生物利用度，并减少全身性副作用。炎症黏膜通常富含带正电荷的蛋白质，如转铁蛋白、杀菌/渗透增强蛋白和抗菌肽，这些分子为带负电荷的水凝胶提供了理想的结合位点（S. Zhang等，2015）。然而，目前用于Res递送的黏附性水凝胶仍存在诸多限制，如在动态肠道环境中表现出较差的黏附能力，无法对IBD炎症部位的特殊微环境（如酸性pH和高活性氧（ROS））做出响应，或在肠道剪切力作用下机械稳定性不足，从而影响Res的持续释放（Law等，2024；Fu等，2025）。克服这些挑战对于实现黏附性水凝胶在Res治疗IBD中的全部潜力至关重要。

壳聚糖（CS）作为一种天然多糖，因其固有的黏附性和正电荷特性，被认为在结肠靶向药物递送系统中具有广阔的应用前景（Abu Elella和Kolawole，2024）。羧甲基壳聚糖（CMCS）在肠道生理环境中由于侧链羧基去质子化而带负电，这使其能够通过静电吸引优先附着于受损的上皮表面（Shariatinia，2018；Neurath，2024）。因此，在本研究中，我们合成了一种CMCS-TK-Res共轭物，并通过基因连接剂（GNP）交联制备了一种持续黏附的水凝胶（CMTR-Gel）。这种水凝胶在口服后能够保护Res免受胃肠道降解，并通过静电相互作用牢固地附着于炎症结肠组织。在炎症部位，ROS的升高会触发TK连接子的裂解，从而实现Res的精准释放（图1）。我们还评估了不同电荷类型的水凝胶（包括带负电的CMCS-Gel、带正电的CS-Gel以及电中性的ZWCS-Gel）在结肠炎小鼠模型中的靶向结肠积累能力，并全面评估了CMCS-Gel在两种结肠炎模型中的治疗效果。

在材料与方法部分，我们详细介绍了实验中使用的化学试剂和材料，包括CMCS、TK、Res、GNP等。通过酯化和酰胺缩合反应，我们合成了具有不同接枝度（GD）的CMCS-TK-Res共轭物，并利用核磁共振（NMR）光谱对其化学结构进行了表征。为了评估水凝胶的稳定性，我们还通过旋转蒸发仪对反应物进行了纯化，并采用紫外分光光度法检测Res的含量。在水凝胶的制备过程中，我们选择了特定的浓度和交联条件，以确保其良好的机械性能和黏附能力。我们发现，CMTR-Gel在模拟胃肠道环境中表现出良好的稳定性，且在不同pH条件下的体外释放速率受到ROS的调控，这为实现Res在结肠炎部位的精准释放提供了理论依据。

在结果与讨论部分，我们首先评估了CMCS-TK-Res共轭物的特性。通过NMR光谱，我们确认了其结构的完整性，并发现不同GD的共轭物在水溶性和膨胀率方面表现出显著差异。其中，GD为10.4%的CMCS-TK-Res共轭物在水中的膨胀率达到3110.0%，远高于其他GD的共轭物。这表明该共轭物具有良好的水溶性和膨胀能力，有助于其在结肠炎部位的覆盖和药物释放。随后，我们进一步研究了CMTR-Gel的物理化学特性，包括其形态、电位和流变学行为。通过扫描电子显微镜（SEM）观察到CMTR-Gel具有多孔结构，符合水凝胶的特征。其电位约为?37 mV，有助于其在炎症部位的黏附。此外，流变学测试表明，CMTR-Gel在剪切速率和应变条件下表现出良好的弹性特性，能够在低应变范围内维持其凝胶状态，从而确保药物的持续释放。

为了验证CMTR-Gel在炎症部位的靶向黏附能力，我们使用了Cy5.5标记的CMTR-Gel，并在DSS诱导的结肠炎小鼠模型中评估了其在结肠的积累情况。结果表明，CMTR-Gel在24小时后主要在结肠部位积累，而其在正常小鼠的其他器官（如心脏、肝脏、肺和肾脏）中没有明显的荧光信号，进一步证实了其对结肠炎部位的靶向性。我们还通过模拟炎症上皮表面（如转铁蛋白、肝素和黏蛋白涂层的塑料培养皿）分析了CMTR-Gel的黏附机制。结果显示，CMTR-Gel在转铁蛋白涂层的培养皿上表现出显著的荧光信号，表明其通过静电相互作用与炎症部位的正电荷蛋白结合，从而实现精准黏附。

在治疗效果方面，我们评估了CMTR-Gel在DSS诱导的结肠炎小鼠和TNBS诱导的结肠炎小鼠模型中的疗效。DSS诱导的结肠炎模型模拟了人类UC，而TNBS模型则更接近CD的病理特征。在DSS模型中，CMTR-Gel显著改善了小鼠的体重和疾病活动指数（DAI），并有效降低了结肠组织中的炎症因子（如TNF-α和IL-6）水平，同时促进了结肠黏膜屏障的修复。在TNBS模型中，CMTR-Gel同样表现出优异的治疗效果，其在5天内显著改善了DAI值，并增强了结肠组织的完整性。这些结果表明，CMTR-Gel在两种不同的结肠炎模型中均能实现有效的治疗效果。

此外，我们还分析了CMTR-Gel对结肠紧密连接蛋白（ZO-1、occludin-1和claudin-4）的表达影响。这些蛋白是维持结肠黏膜屏障完整性的重要组成部分。CMTR-Gel治疗后，这些蛋白在结肠组织中的表达水平显著恢复，与正常对照组相似，表明其在修复黏膜屏障方面具有重要作用。这些发现不仅支持了CMTR-Gel在治疗结肠炎中的潜力，也为进一步研究其在IBD管理中的应用提供了依据。

在讨论部分，我们进一步探讨了CMTR-Gel在IBD治疗中的优势和潜在应用。与传统的生物药物相比，CMTR-Gel通过静电相互作用实现了对炎症部位的精准黏附，从而提高了Res的局部生物利用度。此外，其ROS响应性释放机制能够确保药物在炎症部位的精准释放，减少不必要的全身暴露，从而降低副作用。尽管如此，本研究仍存在一些局限性。例如，在体外释放实验中，由于H?O?对Res的干扰，我们未能准确评估其ROS响应性释放曲线。为了解决这一问题，我们采用荧光素作为荧光示踪剂，并在H?O?环境中观察到CMTR-Gel的释放速率显著高于PBS环境。此外，我们虽然证实了CMTR-Gel在炎症部位的黏附能力，但尚未直接测量肠道炎症表面的电荷特性，未来的研究可以进一步探讨这一点。此外，尽管CMCS和Res已被认为是安全且生物相容的，但在临床转化之前，仍需进行全面的安全性评估，包括长期口服耐受性、系统毒性及生物相容性。最后，我们指出肠道微生物群在黏膜修复中的重要作用，未来研究可以进一步分析CMTR-Gel对肠道菌群的影响，并探讨其是否能够通过调节微生物群来促进黏膜修复。

综上所述，本研究成功合成了具有ROS响应性释放功能的CMCS-TK-Res共轭物，并开发了一种带负电的CMTR-Gel，能够有效保护Res免受胃肠道降解，并通过静电相互作用在炎症部位实现精准黏附和药物释放。CMTR-Gel在DSS和TNBS诱导的结肠炎小鼠模型中均表现出显著的治疗效果，包括改善体重、降低DAI值、促进黏膜修复及恢复紧密连接蛋白的表达。这些结果表明，CMTR-Gel作为一种新型的药物递送系统，在IBD的治疗中具有广阔的应用前景。未来的研究应进一步探讨其在临床中的应用潜力，并评估其对肠道微生物群的影响，以全面揭示其在IBD管理中的作用机制。