针对上述问题，安徽医科大学王婉妮团队研究开发了包埋于海藻酸钙水凝胶的ZnxCeyO2/Se（ZCSO）系统，可口服高效清除ROS并调节肠道菌群。ZCO具有可逆Ce³⁺/Ce⁴⁺活性位点，释放Zn²⁺修复肠屏障，Se层激活Nrf2通路增强抗氧化。小鼠实验表明，ZCSO顺利到达结肠，缓解氧化应激，促进GPx4生成，抑制铁死亡并改善菌群，为IBD治疗提供新思路。该文章于2025年04月16日以《Orally Administered ZnxCeyO2/Se Hydrogel with Effective Antioxidant Activity for Treating Inflammatory Bowel Disease by Inhibiting Ferroptosis》为题发表于《AHM》上（DOI: org/10.1002/adhm.202500088）。

研究示意图

（1）ZO、ZCO和ZCSO的制备、表征、释放和性质

如图1A所示，ZCO NPs通过以ZO为模板的离子掺杂反应合成，并经亚硒酸钠包覆及还原形成ZCSO。合成过程中的颜色变化如图1B所示，从白到黄再到红。透射电镜（图1C）显示其为球形，动态光散射测得最终粒径为167.25 nm± 3.37 nm（图1D）。能谱图（图1E）显示硒均匀分布，含量达23%。XPS分析（图1F、1G）证实成功引入Se，且在模拟体内环境下仍可维持Ce³⁺/Ce⁴⁺共存状态（图1H）。XRD结果（图1I）表明材料为非晶态。为保护材料在胃酸中稳定，ZCSO被包埋于抗酸的海藻酸钙水凝胶中。体外释放实验显示水凝胶有效延缓Ce和Se的释放。抗氧化能力测试表明，如图1J，ZCSO对·ABTS的清除率高达79.58%，并在SOD、CAT活性检测中表现优异（图1K、1L）。此外，如图1M，ZCSO展现出明显的GPx样活性。综上，SeNPs包覆显著增强了ZCSO的抗氧化性能和稳定性。

图1 ZCSO纳米酶的制备、表征和性能评估。A) ZCSO纳米酶制备过程示意图；B) ZO、ZCO和ZCSO样品的代表性形貌图像；C) ZCSO纳米酶的TEM图像（比例尺：200 nm）；D) DLS分析显示ZO、ZCO和ZCSO的粒度分布；E) ZCSO纳米酶的EDS元素映射（比例尺：200 nm）；F) ZCSO纳米酶的综合XPS数据，包括G)详细的Se 3d光谱；H)模拟生理条件下ZCSO纳米酶的XPS分析（Se 3d）；I) ZCSO纳米酶的XRD图案；J) ABTS自由基清除活性测定比较ZCSO和ZCO纳米酶；K) SOD抑制率测定；L)氧气生成能力评估；M) ZCSO纳米酶的GSH清除活性评估，n = 3

（2）ZCSO NPs体外抗氧化能力和抗炎能力检测

鉴于ZCSO纳米酶具有强抗氧化能力，分别在HT-29和NCM460细胞中进行了体外ROS清除能力检测。首先，通过CCK-8评估细胞活性，结果显示ZCSO对细胞无明显毒性（图2A）。随后，利用DCFH-DA探针观察到，ZCSO显著抑制了H₂O₂诱导的绿色荧光（图2B）。活/死染色进一步证实，H₂O₂+ZCSO处理组死亡细胞极少（图2C）。通过Image J分析，直观展示了ZCSO的ROS清除和保护效果。此外，JC-1探针检测表明，ZCSO可有效恢复HT-29细胞线粒体膜电位（图2D）。在抗氧化方面，ZCSO处理后MDA水平恢复正常（图2E）且GSH含量下降，GPx活性显著上升（图2F、G）。抗炎实验中，流式分析显示ZCSO显著减少了M1型巨噬细胞比例（图2H），同时qRT-PCR结果表明炎症因子TNF-α、IL-6、IL-1β、IFN-γ表达下调，IL-4、IL-10上调（图2I–N）。此外，ZCSO促进Keap1/Nrf2通路活化，发挥抗氧化抗炎协同作用（图2O、P）。创伤修复实验中，划痕实验结果表明ZCSO能促进NCM460细胞在氧化应激下的增殖（图2Q）。

图2 ZCSO纳米酶体外抗氧化和抗炎能力检测。A）HT-29细胞活力测定；B）HT-29细胞中DCFH-DA染色的ROS荧光图像；C）HT-29细胞中钙黄绿素-AM/PI共染色的荧光图像；D）JC-1探针在HT-29细胞中的荧光图像；E）不同处理后HT-29细胞内的MDA含量；F）GSH探针（比例尺：50 µm）和G）不同处理后HT-29细胞中总GPx活性的荧光图像；H）流式细胞术对M1巨噬细胞进行定量分析；通过实时PCR定量分析不同处理后RAW264.7巨噬细胞中I）TNF-α、J）IL-6、K）IL-1β、L）IFN-γ、M）IL-4、N）IL-10、O）Keap1和P）Nrf2的mRNA表达水平；Q）NCM460的划痕后迁移（比例尺：200 µm）

（3）ZCSO纳米酶的生物相容性评价

鉴于生物相容性对于纳米材料临床应用至关重要，该研究评估了ZCSO的体内生物安全性。小鼠在经口给予Hy + 40 mg kg⁻¹ ZCSO后第7天和第30天取血进行血常规和血生化检测，并对心、肝、脾、肺、肾进行切片H&E染色。结果显示，血液指标正常，各主要器官无组织损伤，表明ZCSO纳米酶具有良好的生物相容性和应用安全性。损伤的保护作用。

（4）ZCSO在IBD模型小鼠结肠中的分布及其防治作用

为了提高ZCSO纳米酶的生物利用度并避免胃酸环境下提前释放，该研究采用海藻酸钠包裹材料。如图3A所示，Cy5.5-ZCSO沿消化道主要定位于结肠，口服后在肠道的作用时间约为24小时。随后，评估了ZCSO对结肠炎的预防作用。小鼠按实验分组处理，并通过体重变化（图3C）及每日粪便评分（图3D）评估疾病活动指数（DAI）。结果显示，ZCSO处理组体重下降较轻，DAI得分明显降低。第9天处死小鼠，发现DSS组结肠长度明显缩短（图3E,F）。H&E染色结果（图3G）显示，ZCSO组小鼠结肠组织结构恢复良好。流式细胞术分析（图3H,I）显示，ZCSO可显著减少M1型炎症性巨噬细胞比例。ELISA检测（图3J–N）结果表明，ZCSO降低了MPO、MDA水平及促炎因子（IL-1β、IL-6、TNF-α）表达，同时提高了抗炎因子（IL-4、IL-10）水平。进一步，qRT-PCR结果（图3Q–T）表明，ZCSO可下调PERK、eIF-2α、ATF4和CHOP基因表达，缓解肠道内质网应激。综上，ZCSO纳米酶在IBD防治中展现出良好效果。

图3 ZCSO在IBD模型小鼠结肠内的分布及防治作用。A）ZCSO纳米酶口服给药后在IBD小鼠体内的分布及分离后结肠的荧光图像；B）预防性治疗实验方案示意图；C）不同治疗组体重变化及DAI评估；治疗结束后E）小鼠分离结肠长度及相应的F）结肠组织照片及G）H&E染色（比例尺：100 µm）；H）流式细胞术分析不同治疗组结肠淋巴组织中M1型巨噬细胞含量并进行定量分析I）；J）ELISA法测定不同治疗后结肠组织中MPO、K）MDA、L）IL-1β、M）IL-6、N）TNF-α、O）IL-4、P）IL-10的蛋白表达水平；实时PCR定量检测结肠组织中内质网应激相关因子Q）eIF-2α、R）PERK、S）CHOP和T）ATF4的mRNA水平，n = 3

（5）ZCSO纳米酶对结肠炎的延迟治疗作用

根据预防实验结果，ZCSO纳米酶在IBD预防中效果良好。为进一步验证其治疗作用，该团队建立了小鼠结肠炎延迟治疗模型。如图4A所示，小鼠连续饮用3% DSS水13天，并在第8、10、12天给药。此外，除了分别用钙藻酸盐水凝胶递送10和20 mg kg⁻¹ ZCSO外，还设立了空白水凝胶组。图4B显示，DSS组小鼠体重从第3天开始明显下降，Hy组和Hy+ZCSO组则在第8至10天出现体重回升。第14天处死小鼠，图4C、D显示DSS组结肠显著缩短，Hy+ZCSO组结肠长度明显恢复（图4E）。组织学结果显示，Hy+ZCSO组无明显炎症，且MPO水平显著降低。免疫荧光检测表明，Hy+ZCSO组小鼠结肠组织中Nrf2（图4H）和HO-1蛋白表达上调，GPx4也显著增加（图4I）。此外，紧密连接蛋白ZO-1和Occludin在Hy+ZCSO组显著上升（图4J），MDA水平降低（图4J），炎症因子IL-6和TNF-α表达下降（图4K,L,M）。进一步通过Western blot（图4N,O）验证了Nrf2和GPx4的上调，表明ZCSO纳米酶具有良好的抗炎和抗氧化治疗效果。

图4 ZCSO纳米酶对结肠炎的延迟治疗作用。A）延迟治疗实验方案流程图；B）各治疗组小鼠治疗期间体重变化曲线；C）治疗结束时小鼠离体结肠照片及相应的结肠长度，D，n=5；E）小鼠结肠切片H&E染色；F）ELISA检测各治疗组小鼠结肠组织中MPO蛋白表达水平；G）小鼠结肠组织切片中Nrf2和HO-1共染色免疫荧光图像，H）GPx4，I）ZO-1和Occludin共染色图像；J）结肠组织匀浆中的MDA水平；K）结肠组织匀浆中IL-6和L）水平的免疫组织化学染色；M）组织匀浆中的TNF-α水平；N）Western blot定量检测Nrf2和GPx4蛋白表达水平，并进行定量分析O），（比例尺：100 µm），n = 3

（6）ZCSO纳米酶治疗TNBS诱发的CD小鼠模型

炎症性肠病（IBD）包括溃疡性结肠炎（UC）和克罗恩病（CD）。基于ZCSO纳米酶在DSS诱导的UC模型中的良好效果，进一步在TNBS诱导的CD模型中进行了研究。分组和处理方案如图5A所示，实验小鼠除健康对照外，第0天接受1% TNBS灌肠，连续3天治疗，第5天处死。TNBS组与Hy组小鼠生存率为71%，而健康对照组和Hy+ZCSO组均为100%（图5B）。体重变化表明，Hy+ZCSO组小鼠体重恢复明显优于TNBS组（图5C），且结肠长度接近正常水平（图5D,E）。HE染色（图5F）显示，ZCSO纳米酶可保护肠道结构。MPO检测显示，Hy+ZCSO组炎症水平显著降低（图5G）。免疫组化和ELISA进一步表明，Hy+ZCSO组GPx4表达上升，炎症因子IL-6、IL-1β和TNF-α显著下降（图5H–N）。此外，Hy+20 mg/kg ZCSO组显著降低了氧化应激标志物MDA水平（图5O）。综上，ZCSO纳米酶对CD治疗展现出良好的潜力。

图5 ZCSO纳米酶在小鼠模型中治疗TNBS诱导的CD的实验研究。A) CD模型治疗实验方案流程图；B) 不同治疗组的生存曲线，n = 7；C) 治疗期间的体重变化；D) 小鼠离体结肠的长度和相应的结肠照片，n = 5；F) 结肠的H&E染色；G) 结肠组织匀浆中的MPO水平；结肠组织切片中H) GPx4、I) IL-6、J) IL-1β和K) TNF-α的免疫组织化学染色；结肠组织匀浆中L) IL-6、M) IL-1β、N) TNF-α和O) MDA的蛋白质水平，n = 3

（7）ZCSO纳米酶对DSS诱导的结肠炎小鼠肠道菌群的调节

除氧化应激和免疫反应外，肠道菌群失调也是炎症性肠病（IBD）慢性化的重要因素。为评估ZCSO纳米酶是否影响DSS诱导的结肠炎模型小鼠肠道菌群的多样性与丰度，该团队收集新鲜粪便进行16S rDNA测序。如图6A–D所示，DSS组小鼠的微生物丰度和多样性明显下降，而Hy+ZCSO组则恢复明显。Venn图（图6E）显示，Hy+ZCSO组与健康组菌群重叠性高于DSS组。菌群丰度热图及柱状图（图6F）表明，Hy+ZCSO组菌群组成趋向正常，优势菌门包括厚壁菌门（Firmicutes）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、疣微菌门（Verrucomicrobia）和变形菌门（Proteobacteria）。其中厚壁菌门多为抗炎菌，而拟杆菌门中部分菌种可促炎（图6G）。DSS组小鼠厚壁菌门减少，拟杆菌门与变形菌门显著增加，Hy+ZCSO治疗可缓解此变化。乳酸杆菌属（Lactobacillus）具有抗炎与增强免疫功能，图6H表明，DSS组乳酸杆菌代谢通路减少，Hy+ZCSO治疗后明显恢复。同时，拟杆菌属（Bacteroides）在DSS组代谢水平上升，而Hy+ZCSO处理后显著下降（图6H）。以上结果说明，ZCSO纳米酶可调节肠道有益与有害菌水平，促进微生态稳定。

图6 ZCSO纳米酶对DSS诱导结肠炎小鼠肠道菌群的调节作用。A) 观察到的物种，B) Chao1，C) Simpson，D) Shannon箱线图；E) 常见和特有肠道菌群物种的维恩图；F) 物种组成热图；G) 门级物种相对丰度；H) 属级代谢途径丰度值