《Carbohydrate Polymers》中药马兰果聚糖复合水凝胶促伤口愈合机制研究

今天小编为大家介绍的是发布于Carbohydrate Polymers的文章：“Structural characterization of a fructan from Kalimeris indica and its efficacy in accelerating wound healing”。马兰多糖本研究中药马兰（Kalimeris indica，KI）中分离纯化得到一种均质多糖（KIP-W），并探究其在伤口愈合中的作用及其机制。结构表征结果显示，KIP-W是一种果聚糖，其主链结构为→1)-β-D-Fruf-(2→。利用KIP-W、羧甲基纤维素钠（CBM）与羧甲基纤维素（CMC）制备了一种复合水凝胶（KIP-W/CBM/CMC）。该水凝胶具有良好的理化性质，如适宜的孔隙率、可控的降解性能以及缓释特性。体外实验表明，KIP-W能促进人脐静脉内皮细胞（HUVECs）的增殖与迁移，并诱导巨噬细胞从M1型向M2型极化。通过小鼠全层皮肤缺损模型进行的体内评估显示，KIP-W/CBM/CMC水凝胶可加速创面愈合，增强再上皮化。此外，该水凝胶还能通过促进胶原沉积来刺激血管新生，实现完整的真皮与表皮组织再生，并部分恢复毛囊功能。综上所述，KIP-W/CBM/CMC水凝胶在伤口愈合方面展现出良好的应用前景。

【文章概况】

为探究中药马兰活性多糖的结构特征与皮肤创面修复功能，本研究从药用马兰中分离纯化得到均质果聚糖KIP-W，系统解析其化学结构，并以卡波姆940（CBM）、羧甲基纤维素钠（CMC）为基质，制备KIP-W/CBM/CMC复合水凝胶敷料，评价其理化性能、生物相容性及体内外促伤口愈合作用机制。结果表明：KIP-W分子量为3078 Da，是以→1)-β-D-Fruf-(2→为主链的中性线性果聚糖，主要由果糖构成；添加KIP-W可优化水凝胶孔隙结构，提升孔隙率、溶胀率与保水性，降低降解速率，同时增强机械强度，具备良好缓释性能；体外实验证实KIP-W无细胞毒性与溶血风险，可抑制大肠杆菌与金黄色葡萄球菌增殖，并诱导RAW 264.7巨噬细胞由M1促炎型向M2抗炎型极化，巨噬细胞分泌因子可促进人脐静脉内皮细胞迁移增殖。小鼠全层皮肤缺损模型显示，复合水凝胶能够减轻炎症浸润、加速再上皮化，促进胶原沉积与血管新生，修复真皮表皮组织并恢复部分毛囊功能。机制层面，该水凝胶可下调NF-κB、IL-6、TNF-α等促炎因子，上调STAT3、IL-10等抗炎通路蛋白，优化创面炎症微环境。本研究明确了马兰果聚糖的精细结构与促愈合机理，开发出低成本、高生物相容性的天然多糖水凝胶敷料，为慢性难愈性创面新型医用敷料研发提供理论依据。

【主要内容】

皮肤创面愈合包含止血、炎症、增生、重塑四个重叠阶段，健康急性创面可在短期内自然愈合，而病理因素干扰会诱发慢性难愈性创面，存在愈合周期长、易感染、并发症多等问题，给临床医疗带来沉重负担。目前临床常用抗生素、生长因子、干细胞疗法等治疗手段，普遍存在细菌耐药性、治疗成本高昂、疗效不稳定等缺陷，因此开发安全、经济、高效的新型创面修复材料成为生物医药领域研究热点。水凝胶凭借三维交联网络结构，具备良好生物相容性、保湿性与透气性，可维持创面湿润微环境，避免干燥结痂阻碍营养输送，是极具潜力的伤口敷料基材。其中卡波姆、羧甲基纤维素钠成本低廉、无毒无害、成型性优异，常被用于医用敷料制备，为复合水凝胶开发提供优良基质。

中药材天然多糖生物活性温和、副作用低、免疫调节能力突出，在组织修复领域应用前景广阔。《本草纲目》记载马兰具备活血化瘀、生肌止血的药用功效，现代药理学证实马兰提取物拥有抗炎、抗菌、促创面修复活性，其生物活性主要来源于黄酮、有机酸及多糖类物质。现阶段马兰研究多集中于粗提物活性验证，粗提物成分混杂、作用靶点模糊，限制药用深加工应用；且马兰多糖的纯化结构、理化性质及伤口愈合分子机制尚不明确，相关研究存在明显空白。巨噬细胞极化是创面修复的关键调控环节，M1型巨噬细胞诱发炎症反应，M2型巨噬细胞具备抗炎、促组织再生功能，调控巨噬细胞M1/M2表型转换是改善创面炎症微环境、加速血管新生的重要策略。基于此，本研究纯化马兰均一果聚糖KIP-W，构建复合物理交联水凝胶，探究其理化特性与体内外促愈合机制，旨在开发低成本、安全无毒的天然多糖敷料，填补马兰多糖创面修复机制研究空白，为慢性创面临床治疗提供新型材料参考。

本研究采用热水醇沉法提取马兰粗多糖，经阴离子交换色谱纯化获得均一多糖组分KIP-W，通过多重表征技术解析其精细化学结构。高效凝胶渗透色谱证明KIP-W分子量分布均一，分子量为3078 Da；红外光谱证实该多糖为中性多糖，无糖醛酸基团，存在O-H、C-H、C-O-C等多糖特征官能团。单糖组成分析表明，KIP-W以果糖为绝对主导成分，占比95.71%，仅含少量葡萄糖，符合果聚糖组成特征。甲基化分析共鉴定出四种糖苷键，以1,2-连接呋喃果糖为主要连接方式。结合一维及二维核磁共振谱图，完整解析糖残基连接顺序，证实KIP-W是以→1)-β-D-Fruf-(2→为主要骨架的线性果聚糖，附带少量分支结构，末端存在α-D-葡萄糖残基，明确了该多糖的空间构型与化学键连接方式，为活性机理分析奠定结构基础。

以CBM、CMC为基材，掺杂不同浓度KIP-W制备复合水凝胶，系统评测材料理化性能与生物安全性。微观形貌显示，添加KIP-W后水凝胶形成均匀连通孔隙结构，利于气体交换与创面渗出液吸收；随着多糖浓度提升，水凝胶孔隙率、溶胀率显著升高，保水能力持续增强，可长时间维持创面湿润环境。流变学测试表明复合水凝胶以弹性结构为主，多糖掺杂提升凝胶机械强度与结构稳定性；体外缓释实验证实KIP-W可缓慢持续释放，延长作用时长。降解实验证明KIP-W能够减缓凝胶降解速率，适配创面长期修复需求。生物相容性检测结果显示，复合水凝胶无细胞毒性、无溶血效应，生物安全性优异；同时KIP-W赋予水凝胶抗菌活性，可有效抑制大肠杆菌与金黄色葡萄球菌生长，降低创面感染风险。综合理化指标表明，KIP-W改性后的复合水凝胶孔隙结构优良、保湿稳定性强、生物相容性好，完全满足医用伤口敷料的基础材料要求。

本研究通过体外细胞实验与体内动物模型，多层次阐明KIP-W复合水凝胶的创面修复机制。体外细胞实验表明，适宜浓度KIP-W可提升巨噬细胞活力，能够逆转LPS诱导的巨噬细胞M1极化趋势，下调IL-6、TNF-α等促炎因子分泌，上调IL-10、Arg-1抗炎蛋白表达，激活STAT3抗炎通路，抑制NF-κB炎症通路，实现M1向M2巨噬细胞表型转化。Transwell共培养与划痕实验证实，经KIP-W调控后的巨噬细胞可分泌活性细胞因子，显著促进人脐静脉内皮细胞迁移与增殖，为血管新生提供基础条件。抗菌实验进一步验证复合水凝胶对常见致病菌的抑制能力，可规避创面细菌感染，为组织再生营造洁净微环境。

采用BALB/c小鼠全层皮肤缺损模型开展体内药效评价，宏观创面观察结果表明，复合水凝胶可加速创面收缩愈合，且存在浓度依赖性，高浓度凝胶修复效果最优。组织病理学染色结果显示，载KIP-W水凝胶能够减少炎症细胞浸润，缩短炎症周期，促进肉芽组织增生；同时加速再上皮化进程，形成完整连续表皮结构，促进毛囊等皮肤附属器再生。Masson三色染色证实，多糖处理组胶原纤维排列致密有序，胶原沉积量显著提升，优化创面重塑质量。免疫荧光与免疫组化分析表明，复合水凝胶可上调CD31、α-SMA表达，促进新生毛细血管生成，改善创面血液循环；同时降低M1型巨噬细胞标志物CD86表达，提升M2型标志物CD206水平，在体内持续调控巨噬细胞极化。综上，该复合水凝胶通过抑制炎症反应、调控免疫细胞极化、促进胶原沉积、加速血管新生多重途径协同作用，实现皮肤组织完整再生，构建了清晰的多糖促愈合分子调控网络。

本研究完整完成马兰果聚糖KIP-W的纯化表征、复合水凝胶制备及促伤口愈合机制探究，得出核心研究结论：马兰来源多糖KIP-W为低分子量中性线性果聚糖，主链由→1)-β-D-Fruf-(2→果糖残基构成；掺入KIP-W可改良水凝胶微观结构与理化性能，提升保湿性、稳定性与抗菌能力，材料生物安全性优异；复合水凝胶可通过调控NF-κB/STAT3信号通路，诱导巨噬细胞向M2型极化，抑制炎症反应；同时促进血管新生、胶原沉积与表皮再生，加速小鼠皮肤创面修复，实现毛囊等皮肤附属器功能性恢复。相较于壳聚糖、生长因子类修复材料，本研究制备的水凝胶成本低廉、制备工艺简便、无需化学改性，兼具抗菌、抗炎、保湿多重功效，在医用创面敷料领域具备显著应用优势。本研究阐明了马兰药用活性物质的物质基础，完善了天然植物多糖皮肤修复理论体系，为中药材深加工及医用敷料产业化提供技术支撑。

本研究仍存在明显局限性：动物实验仅采用BALB/c小鼠模型，皮肤生理结构与人体差异较大，实验结果临床参考性有限；实验未设置同类商用凝胶敷料对照，缺乏横向性能对比；未探究KIP-W对表皮干细胞增殖分化的调控作用，深层修复机制仍不完善。基于现有研究成果，未来可从多维度拓展研究：其一，更换猪等更贴近人体皮肤的动物模型，验证水凝胶临床应用潜力；其二，增设市售医用凝胶对照，量化材料性能优势；其三，深挖多糖对表皮干细胞的调控机理，完善修复分子通路；其四，在现有凝胶体系中复合其他活性成分，优化配方，适配糖尿病慢性难治性创面等复杂创口。总体而言，马兰果聚糖复合水凝胶生物活性优异、制备成本低，具备良好产业化前景，后续通过工艺优化与深度机制验证，有望开发为新型医用创面修复敷料，推动中药材天然多糖在生物医用材料领域的产业化应用。

【小 结】

本文以中药材马兰纯化果聚糖KIP-W为研究对象，聚焦多糖结构解析、复合水凝胶制备、创面修复活性及作用机制展开系统性研究。研究明确KIP-W为低分子量中性果聚糖，糖苷键连接规则、结构稳定；将其与CBM、CMC复配制备的水凝胶具备多孔结构、高保水性、可控降解性与优异生物相容性，同时兼具抗菌抗炎活性。体内外实验证实，KIP-W可通过调控NF-κB/STAT3信号通路诱导巨噬细胞M2型极化，抑制炎症因子释放，改善创面炎症微环境；还可促进内皮细胞迁移、加速血管新生，增加胶原沉积，实现皮肤表皮、真皮及毛囊组织的功能性再生。该研究突破了马兰粗提物研究局限，阐明了单一活性多糖的构效关系与修复机理，制备出低成本、安全高效的天然多糖水凝胶敷料。同时研究剖析了现有实验不足，指明后续动物模型优化、干细胞机制挖掘、配方改良的研究方向，为中药材功能性多糖开发、医用创面敷料研制、慢性创面临床治疗提供科学理论支撑与实验参考，推动天然生物材料在生物医药领域的创新发展。