氧化锌纳米颗粒与壳聚糖协同改善糖尿病肾病：机制探索与治疗潜力

　　本推荐综述聚焦氧化锌纳米颗粒（ZnO NPs）与壳聚糖（Chitosan）联用对糖尿病肾病（DN）的协同治疗作用。研究通过动物模型证实，该组合可显著改善血糖控制（降低HbA1c）、恢复肾功能指标（尿素、肌酐）、增强抗氧化防御（GSH、SOD、CAT活性）并减轻肾脏组织病理损伤，为DN治疗提供了新颖的纳米生物材料策略。

　　

引言

糖尿病肾病（Diabetic Nephropathy, DN）作为糖尿病最严重的微血管并发症之一，是全球范围内终末期肾病（End-Stage Kidney Disease, ESKD）的主要诱因，约30–35%的糖尿病患者会受其影响。其发病机制与持续性高血糖引发的氧化应激、炎症反应及内质网应激密切相关，其中氧化应激导致的自由基过量产生和抗氧化酶系统失衡被认为是核心环节。高血糖状态会降低谷胱甘肽（Glutathione, GSH）、超氧化物歧化酶（Superoxide Dismutase, SOD）、过氧化氢酶（Catalase, CAT）等关键抗氧化酶的活性，同时升高脂质过氧化标志物丙二醛（Malondialdehyde, MDA）的水平，进而加速肾脏损伤。

近年来，纳米医学为DN的治疗提供了新思路。氧化锌纳米颗粒（Zinc Oxide Nanoparticles, ZnO NPs）因其独特的抗氧化、抗炎及调节葡萄糖代谢的特性受到关注。研究表明，ZnO NPs可通过增强胰岛素分泌、保护胰腺β细胞功能以及上调抗氧化酶表达来改善葡萄糖稳态。此外，ZnO NPs还能调控与糖代谢相关的信号通路，如PI3K/AKT和胰岛素受体信号级联。

壳聚糖（Chitosan）作为一种天然生物聚合物，具有抑制肠道葡萄糖吸收、改善胰岛素敏感性、增强外周葡萄糖摄取等多种抗糖尿病活性。其强大的抗氧化和抗炎特性也有助于延缓糖尿病肾病的进展。此外，壳聚糖还能降低血清脂质和体重，进一步改善代谢状态。

本研究假设ZnO NPs与壳聚糖的联合应用可通过协同作用更有效地改善STZ（链脲佐菌素）诱导的糖尿病大鼠的高血糖、氧化应激及肾功能障碍，并对其分子机制和组织学改变进行深入探讨。

材料与方法

本研究严格遵循国际动物实验伦理指南，并获得沙特阿拉伯国王 Abdulaziz 大学机构动物护理与使用委员会（IACUC）的批准（协议号：127–2022）。

ZnO NPs（粒径17.5 nm，纯度 > 99%）购自US Research Nanomaterials公司，使用时以蒸馏水悬浮并超声分散，剂量为10 mg/kg。壳聚糖以200 mg/kg的剂量溶于蒸馏水，经超声处理后涡旋混匀。联合制剂则将ZnO NPs（10 mg/kg）与壳聚糖（200 mg/kg）共同悬浮，连续搅拌24小时后涡旋确保均匀。

通过透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和动态光散射（DLS）对纳米材料进行形貌、晶体结构、化学组成及粒径分布表征。

糖尿病肾病模型通过单次腹腔注射STZ（50 mg/kg）诱导，72小时后测定空腹血糖（Fasting Blood Glucose, FBG），筛选FBG > 200 mg/dL的大鼠为糖尿病模型。2周后通过检测尿素、尿酸、肌酐等肾功能标志物确认DN形成。

50只雄性SD大鼠随机分为5组（n=10）：非糖尿病对照组（ citrate缓冲液）、糖尿病模型组、ZnO NPs治疗组（10 mg/kg）、壳聚糖治疗组（200 mg/kg）、联合治疗组（ZnO NPs 10 mg/kg + 壳聚糖200 mg/kg）。治疗持续9周，所有干预均通过灌胃进行。

实验结束后，采集血液样本检测血糖、糖化血红蛋白（HbA_1c）、胰岛素、尿素、尿酸、肌酐，以及抗氧化指标GSH、MDA、SOD、CAT。肾脏组织经10%福尔马林固定、石蜡包埋、H&E染色后进行组织病理学分析。

数据以均值±标准差表示，采用GraphPad Prism 9.5进行单因素方差分析（ANOVA），p < 0.05认为有统计学意义。

结果

材料表征表明，ZnO NPs粒径为17.5 nm，壳聚糖纳米颗粒为3.75 nm，而ZnO-壳聚糖复合物为17.8 nm。TEM、SEM及EDX谱图证实ZnO成功嵌入壳聚糖基质，形成稳定的纳米复合物。

在血糖参数方面，糖尿病组血糖从95.72 ± 0.44 mg/dL升至284.08 ± 0.76 mg/dL，HbA_1c从4.66 ± 0.06%升至17.35 ± 0.13%，胰岛素从21.50 ± 0.65 μIU/mL降至3.09 ± 1.00 μIU/mL。ZnO NPs治疗使血糖降至197.34 ± 0.72 mg/dL，HbA_1c降至12.60 ± 0.56%，胰岛素升至12.27 ± 0.33 μIU/mL。壳聚糖治疗进一步改善血糖（126.65 ± 1.26 mg/dL）和HbA_1c（7.84 ± 0.30%），胰岛素恢复至24.85 ± 0.37 μIU/mL。联合治疗表现出最强效应，血糖（97.64 ± 3.28 mg/dL）、HbA_1c（4.62 ± 0.14%）和胰岛素（21.88 ± 0.41 μIU/mL）均接近正常水平。

肾功能标志物在糖尿病组显著升高：尿素（46.01 ± 0.28 mg/dL）、尿酸（8.09 ± 0.19 mg/dL）、肌酐（1.79 ± 0.06 mg/dL）。ZnO NPs治疗使三者分别降至42.04 ± 0.29 mg/dL、8.05 ± 0.19 mg/dL、1.23 ± 0.02 mg/dL。壳聚糖治疗组进一步降至29.10 ± 0.41 mg/dL、6.30 ± 0.13 mg/dL、0.97 ± 0.01 mg/dL。联合治疗最具显著效果，尿素、尿酸、肌酐分别降至14.03 ± 0.22 mg/dL、5.61 ± 0.27 mg/dL、0.56 ± 0.01 mg/dL。

抗氧化指标显示，糖尿病组GSH（3.26 ± 0.10 nmol/mg）、SOD（99.83 ± 0.33 U/mg）、CAT（82.14 ± 0.18 U/mg）显著降低，MDA（1.34 ± 0.10 nmol/mg）升高。各治疗组均能逆转这一趋势，其中联合治疗使GSH恢复至16.08 ± 0.29 nmol/mg，MDA降至0.34 ± 0.01 nmol/mg，SOD和CAT分别升至173.95 ± 0.52 U/mg和119.71 ± 0.48 U/mg。

组织病理学显示，对照组肾小球、鲍曼氏囊及近曲/远曲小管结构正常。糖尿病组则出现肾小球系膜扩张、鲍曼间隙狭窄、小管腔内透明沉积、空泡化上皮细胞、单核炎性细胞浸润及纤维化。ZnO NPs和壳聚糖单药治疗可部分减轻病变，而联合治疗则使肾小球和小管结构基本恢复正常。

讨论

本研究证实ZnO NPs与壳聚糖联合应用在糖尿病肾病模型中表现出协同治疗效应。其机制可能包括：ZnO NPs释放Zn2?离子，调节紧密连接蛋白、增强上皮屏障完整性；激活PI3K/AKT等胰岛素信号通路，改善胰岛素分泌和糖代谢；上调抗氧化酶活性，减轻氧化应激；壳聚糖则通过抑制葡萄糖吸收、增强胰岛素敏感性、改善脂代谢等途径强化上述效应。

组织学改善与生化指标恢复一致，联合治疗显著减轻了肾小球肥大、系膜基质扩张、小管损伤和间质纤维化。此外，ZnO NPs在肾组织中的积累特性使其成为靶向肾脏治疗的理想候选材料。

值得注意的是，壳聚糖可能通过提高ZnO NPs的稳定性和生物利用度增强其疗效。本研究为两种生物材料在DN治疗中的协同应用提供了实验依据，但其具体分子机制如信号通路调控、离子释放动力学、长期生物安全性等仍需进一步研究。

结论

ZnO NPs与壳聚糖联合治疗可显著改善STZ诱导的糖尿病大鼠的血糖水平、肾功能指标、抗氧化防御能力及肾脏组织形态。该组合表现出比单药治疗更强的协同效应，是一种具有潜力的糖尿病肾病治疗策略。未来需进一步优化剂量方案、阐明分子机制并评估长期安全性以推动临床转化。