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背景介绍

耐药菌感染伤口是临床面临的严峻挑战，常规抗生素治疗不仅效果有限，还加剧了细菌耐药性的发展。更重要的是，感染伤口的愈合涉及止血、炎症、增殖和重塑等多个动态阶段，而现有治疗往往仅关注单一阶段的抗菌作用，忽略了后续炎症消退和组织再生需求，导致伤口愈合延迟、功能恢复不良。因此，亟需一种能够适应伤口不同阶段微环境变化、实现序贯抗菌-抗炎-促再生的综合治疗策略。

研究思路

针对上述挑战，军事医学研究院陈赣研究员、解放军总医院周虹和Wang Quan研究员、中国科学院生物物理研究所范克龙研究员团队提出了一种将自适应的IrPtCu多金属纳米酶与积雪草苷（MA）负载于透明质酸（HA）水凝胶中的序贯多模式治疗平台（HIPCM）。该团队通过理论计算（DFT）指导设计，发现Ir的引入优化了PtCu晶格的电子结构，显著降低了H₂O₂活化与·OH释放的能垒。在酸性感染微环境中，IrPtCu纳米酶展现出增强的过氧化物酶样、氧化酶样活性，高效产生ROS并同时消耗谷胱甘肽（GSH），破坏细菌膜完整性及三羧酸循环，诱导铜死亡样死亡。当感染控制后微环境恢复至中性，纳米酶切换至超氧化物歧化酶样和过氧化氢酶样活性，清除过量ROS，缓解氧化应激，并与MA协同促进M2巨噬细胞极化、血管新生及胶原沉积。在MRSA感染小鼠模型及巴马小型猪全层皮肤缺损模型中，HIPCM实现了快速杀菌、炎症消退与高质量组织再生（含毛囊再生）。相关内容以“Self-adaptive nanozymes with enhanced multi-enzyme activities for sequential multimodal therapy of drug-resistant bacteria-infected wounds”发表在Nature Communications！

图片解析

图1. HIPCM的设计与应用示意图： 展示IrPtCu纳米酶与MA共负载HA水凝胶的构建，以及在MRSA感染伤口治疗中的序贯抗菌、抗炎和促再生机制。

图2. IrPtCu纳米酶及HIPCM的表征：(a) IrPtCu纳米酶的HRTEM图像及EDS元素分布（Ir、Pt、Cu均匀分布，比例尺50 nm/30 nm）。(b) 动态光散射测得水合粒径~98.65 nm，Zeta电位-25.25 mV。(c) 单个IrPtCu纳米酶的元素线扫描。(d) XRD图谱显示金属间化合物相。(e) SAED图案对应立方结构的(111)、(200)、(220)、(311)晶面。(f) HRTEM晶格条纹间距0.220 nm（200面）和0.190 nm（111面）。(g-i) XPS谱图显示Ir⁴⁺、Pt⁰/Pt²⁺、Cu⁰/Cu²⁺共存。(j) HIPCM冻干后的SEM图像（比例尺20 μm）。(k) EDS元素映射显示Ir、Pt、Cu在水凝胶中均匀分布（比例尺10 μm）。(l) FTIR光谱证实组分间氢键交联及MA成功负载。(m) 不同水凝胶的频率扫描测试。(n) 不同水凝胶的粘度。(o) HIPCM的溶胀曲线。

图3. 纳米酶的ROS产生与GSH消耗活性：(a) PtCu和IrPtCu模型的表面结构。(b) DFT计算自由能图：IrPt表面显著降低H₂O₂吸附和O-O键断裂能垒，·OH释放能垒较Pt降低0.156 eV。(c) 纳米酶在感染微环境中的抗菌机制示意图。(d) IrPtCu加入后TMB+H₂O₂体系的UV/Vis随时间变化。(e) 不同组反应1 min后的UV/Vis吸收（IrPtCu+TMB+H₂O₂最强）。(f) POD样活性Michaelis-Menten动力学（IrPtCu: Km=7.064 mM, Vmax=2.061×10⁻⁶ M·s⁻¹）。(g) IrPtCu加入TMB后随时间吸收变化。(h) OXD样活性比较。(i) OXD样动力学（Vmax IrPtCu高于PtCu）。(j) IrPtCu加入GSH+H₂O₂体系随时间吸收变化。(k) GSH-Px样活性比较（IrPtCu使GSH迅速耗尽）。(l) GSH-Px样动力学。(m) IrPtCu加入GSH溶液随时间吸收变化。(n) GSH-Ox样活性比较。(o) GSH-Ox样动力学。(p) pH对不同酶活性的影响：酸性下ROS产生活性强，中性下ROS清除活性强。

图4. 纳米酶的ROS清除活性：(a) IrPtCu纳米酶清除ROS示意图。(b) ESR谱显示IrPtCu和PtCu均具有SOD样活性（减少超氧自由基信号）。(c) WST-8法检测SOD样活性。(d) SOD样动力学（IrPtCu Vmax=0.058×10⁻⁶ M·s⁻¹）。(e) 加入IrPtCu后·OH的ESR信号随时间变化（信号减弱）。(f) CAT样活性：IrPtCu高效催化H₂O₂分解产生O₂。(g) CAT样动力学（IrPtCu Vmax=14.002×10⁻⁶ M·s⁻¹）。(h-j) IrPtCu对DPPH、ABTS、PTIO自由基的清除能力显著优于PtCu。(k-l) ESR检测·OH和O₂⁻⁻清除，IrPtCu效果更佳。

图5. HIPCM的体外抗菌活性：(a) MRSA和E. coli菌落照片（HIPCM+H₂O₂组几乎无菌落）。(b-c) 活/死染色定量及荧光图像（HIPCM+H₂O₂组红色死菌占绝大多数）。(d) SEM图像：HIPCM+H₂O₂处理组细菌细胞壁皱缩、凹陷、破裂。(e-f) 蛋白泄漏量测定（HIPCM+H₂O₂组泄漏最显著）。(g) 结晶紫染色生物膜照片。(h-i) 生物膜抑制率（HIPCM+H₂O₂组抑制率>90%）。

图6. HIPCM的抗菌机制：(a) MRSA内铜含量（HIPCM组显著升高）。(b-c) 呼吸链复合物I和II活性（HIPCM组显著降低）。(d) 差异表达基因数量。(e) 参与代谢通路及铜死亡样死亡、氧化应激、细胞壁破坏相关基因的热图。(f) GO富集分析。(g) KEGG富集散点图（ABC转运蛋白、TCA循环、氧化磷酸化等通路显著下调）。(h) 抗菌机制示意图：ROS暴发、GSH耗竭、TCA循环破坏、膜完整性丧失、ATP减少、抑制毒力，最终导致铜死亡样死亡。

图7. HIPCM缓解氧化应激、促进细胞迁移和血管新生：(a-d) RAW 264.7细胞中TNF-α、IL-1β、IL-6、MCP-1水平（LPS刺激后显著升高，HIPCM处理后降低）。(e) 流式细胞术检测胞内ROS（HIPCM降低LPS诱导的ROS暴发）。(f) CD86免疫荧光（LPS诱导CD86升高，HIPCM抑制）。(g) HUVECs中胞内ROS水平（H₂O₂诱导升高，HIPCM预处理降低）。(h) TEM显示线粒体超微结构（H₂O₂导致线粒体肿胀、嵴消失，HIPCM保护）。(i) 氧消耗速率（HIPCM恢复H₂O₂损伤的细胞呼吸）。(j-l, o) 管形成实验：HIPCM组毛细血管长度、分支节点、网格数均显著增加。(m-n) 细胞划痕实验：HIPCM促进L929成纤维细胞迁移。

图8. HIPCM在MRSA感染全层皮肤缺损小鼠模型中的治疗效果：(a) 动物实验流程。(b) 不同处理组伤口愈合代表性照片。(c-g) 伤口愈合率定量分析（第3、6、9、12天，HIPCM组第12天近完全愈合）。(h-i) 第3天伤口细菌菌落照片及抑制率（HIPCM和HIPC组细菌接近清除）。(j) H&E和Masson染色（HIPCM组组织完整、肉芽组织丰富）。(k) 胶原沉积定量（HIPCM组最高）。(l) 免疫荧光：CD86（红）/CD206（绿）、HIF-1α、Ki67、CD31（红）/α-SMA（绿）。(m) CD86荧光强度定量（HIPCM组最低）。(n) CD31荧光强度定量（HIPCM组血管新生最强）。

图9. RNA测序揭示HIPCM的治疗机制：(a) 主成分分析显示HIPCM与对照组的转录组显著分离。(b) 火山图。(c) 差异表达基因数量（共3714个DEGs）。(d) 愈合相关DEGs热图。(e) KEGG富集分析（PI3K-Akt、细胞因子-受体互作、细胞周期、ECM受体、MAPK、Wnt等通路上调）。(f) GO富集分析（伤口愈合、血管生成信号、毛囊形态发生等生物学过程上调）。(g) GSEA显示HIF-1α信号通路下调。(h) CK19免疫荧光（HIPCM组毛囊结构完整、CK19强表达，示毛囊干细胞再生）。

图10. HIPCM在巴马小型猪伤口愈合中的治疗效果：(a) 小型猪全层皮肤缺损模型示意图。(b) 伤口愈合代表性照片（HIPCM组愈合更快）。(c-d) H&E和Masson染色（HIPCM组炎症细胞浸润少、胶原更有序）。(e-k) 定量分析：炎症细胞、再上皮化、肉芽面积、皮脊数量、瘢痕面积、再生毛囊数量、胶原含量（HIPCM组均优于对照）。(l) 天狼星红染色偏振光下I型胶原（红）和III型胶原（绿）。(m-n) I型和III型胶原定量（HIPCM组I型胶原比例高，接近正常皮肤）。

结论

本研究成功开发了一种基于pH自适应IrPtCu Janus纳米酶与积雪草苷协同的多功能水凝胶平台HIPCM。该平台在酸性感染微环境中高效产生ROS并消耗GSH，通过破坏膜完整性、干扰TCA循环及诱导铜死亡样死亡实现强效杀菌；在感染控制后的中性微环境中切换至ROS清除模式，缓解氧化应激，同时促进M2巨噬细胞极化、血管新生、成纤维细胞迁移及胶原沉积。在MRSA感染小鼠模型中，HIPCM实现了快速伤口愈合、炎症消退和毛囊再生。在巴马小型猪临床前模型中，HIPCM显著改善了胶原成熟度、减少了瘢痕形成并恢复了皮肤附属器结构。该研究为耐药菌感染伤口及其他复杂伤口的综合管理提供了一种临床可转化的创新策略。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-026-73672-2