针对上述问题陆军军医大学张庆/罗高兴团队从大鲵皮肤分泌物中提取糖胺聚糖（SAGs），开发了基于SAGs的复合微球（Gel-SAGs MPs），并揭示了SAGs如何通过调控巨噬细胞的代谢重编程来促进糖尿病伤口愈合。该文章于2025年02月18日以《Andrias davidianus Derived Glycosaminoglycans Direct Diabetic Wound Repair by Reprogramming Reparative Macrophage Glucolipid Metabolism》为题发表于《Advanced Materials》（DOI：10.1002/adma.202417801）。

（1）SAGs通过促进血管生成促进糖尿病伤口愈合

图1A展示了从大鲵皮肤分泌物中提取糖胺聚糖（SAGs）的过程，并通过化学分析鉴定其独特的结构。体外实验验证了SAGs对内皮细胞增殖和管状形成的影响，发现其能显著促进血管生成。图1B表明，在糖尿病小鼠模型中，SAGs组的伤口愈合率显著高于SSAD蛋白组和对照组。具体而言，SAGs组在伤后第7天的愈合率为40.13 ± 7.12%，第10天为68.2 ± 2.97%，而SSAD蛋白组和对照组的愈合率显著较低。图1C-D的H&E染色和Masson染色结果显示，SAGs组在第10天表现出更厚的表皮层（图1F）、更高的胶原沉积量（图1G）以及更完整的再上皮化，而SSAD蛋白组和对照组的伤口修复不完全，胶原沉积稀疏，再上皮化不充分。图1E的免疫荧光染色显示，SAGs组在第7天的CD31（红色）和α-SMA（绿色）表达显著增加，表明新生血管形成更为显著（图1H）。图1I-J的单糖组成和1H NMR分析进一步确认了SAGs的结构特征。

图1 大鲵再生信号的转化应用及糖尿病伤口修复效果评估。（A）从大鲵学习并转移再生密码至哺乳动物组织再生与修复；（B）不同治疗组糖尿病伤口照片（不同天数）；（C）HE 染色；（D）Masson 染色；（E）免疫荧光染色；（F）上皮层厚度；（G）胶原沉积量；（H）CD31 和 α-SMA 表达量；（I）单糖组成；（J）¹H NMR 分析

（2）SAGs诱导修复性巨噬细胞极化促进血管生成和创面愈合

单细胞转录组测序（图2A）显示，在糖尿病伤口中，巨噬细胞是主要的细胞类型，并且SAGs处理显著增加了修复性巨噬细胞亚群（Arg1⁺/IL10⁺/S100a4⁺）的比例，同时减少了炎症性巨噬细胞亚群（Nos2⁺/IL6⁺/Cd68⁺）的比例。图2B的细胞间通讯分析表明，巨噬细胞与内皮细胞之间存在密切的相互作。图2C-2D的基因表达分析显示，在SAGs处理后，糖尿病伤口中炎症相关基因（如Nos2和IL6）的表达被抑制，而修复性基因（如Arg1和IL10）的表达显著上调。共培养实验（图2E-2F）表明，SAGs显著增强了巨噬细胞刺激内皮细胞形成管状结构的能力，且这种作用在0.1 mg/mL的SAGs浓度下达到最佳效果。图2G进一步证实了SAGs在不同浓度下对IL-6、IL-10和VEGF表达的影响，表明0.1 mg mL⁻¹是促进修复的最佳浓度。免疫荧光分析（图2H-2I）显示，与LPS/IFNγ组相比，SAGs刺激显著增加了抗炎巨噬细胞（ARG1⁺）的比例，同时减少了炎症性巨噬细胞（NOS2⁺）的比例。RT-qPCR分析（图2J）确认了SAGs对巨噬细胞极化的调控作用，表现为炎症标志物（NOS2和IL6）的下调和抗炎及修复性细胞因子（IL10、ARG1和VEGFA）的上调。这些结果共同表明，SAGs通过促进巨噬细胞从炎症表型向修复表型转变，从而诱导血管生成并加速糖尿病伤口愈合（图2K）。

图2 SAGs诱导的血管生成与巨噬细胞状态转变。（A）scRNA-seq；（B）内皮细胞与其他细胞群体的配体-受体相互作用强度；（C）糖尿病伤口中炎性和修复性巨噬细胞亚群（不同处理）；（D）炎性和修复性基因表达；（E）巨噬细胞与HUVEC共培养示意图；（F）成管图像；（G）SAG浓度对巨噬细胞IL-6/IL-10/VEGFA表达的影响；（H, I）不同处理后iNOS+（H）和Arg-1+（I）巨噬细胞表型的荧光图像及定量分析；（J）不同巨噬细胞表型标志物基因的RT-qPCR分析；（K）SAGs通过促进巨噬细胞状态转变促进血管生成

（3）SAGs引导代谢适应协调巨噬细胞的表型转变

韦恩图分析（图3A）显示，与LPS/IFNγ组相比，LPS/IFNγ + SAGs组的差异表达基因（DEGs）显著变化，表明SAGs处理对巨噬细胞的基因表达具有广泛影响。热图（图3B）进一步揭示了SAGs处理后，与炎症相关的基因（如NLRP3、IL1β、IL6等）表达下调，而与脂质代谢和修复相关的基因（如CD36、PPARG等）表达上调。图3C和3D的相对表达量分析显示，SAGs显著抑制了糖酵解相关基因（HK1、HK2、PFKP、GLUT1等）的表达，同时增强了脂质代谢相关基因的表达。KEGG通路分析（图3E和3F）表明，SAGs处理显著下调了炎症信号通路（如NOD样受体、TNF、Toll样受体等），并上调了脂质代谢相关通路（如脂肪消化与吸收、PPAR信号通路等）。基因集富集分析（GSEA）结果（图3G–K）进一步证实了SAGs对糖酵解/糖异生、脂肪酸代谢和mTOR信号通路的显著影响，表明SAGs通过代谢重编程促进巨噬细胞从炎症表型向修复表型转变。

图3 SAGs诱导巨噬细胞炎症和代谢模式的改变。（A）韦恩分析；（B）基因热图；（C）巨噬细胞极化关键基因表达；（D）代谢相关基因表达；（E）LPS/IFNγ + SAG组下调的KEGG途径分析；（F）LPS/IFNγ + SAG组上调的KEGG途径分析；（G-K）糖酵解/糖异生、乙醛酸和二羧酸代谢、mTOR信号传导、鞘脂代谢、脂肪消化吸收途径的GSEA及核心富集符号热图

RT-qPCR分析（图4A）显示，与LPS/IFNγ刺激组相比，SAGs处理显著抑制了糖酵解相关基因（HK1、HK2、PFKP和GLUT1）的表达，同时显著增强了脂质代谢相关基因（PPARG）的表达。Western blotting分析（图4B）进一步确认了代谢相关蛋白表达的变化，表明SAGs处理促进了巨噬细胞向氧化代谢的转变。实时测量巨噬细胞外酸化（图4C）显示，与LPS/IFNγ刺激的巨噬细胞相比，LPS/IFNγ + SAGs处理组的细胞外酸化率降低，证实了代谢向氧化代谢的转变。流式细胞术（图4D和4E）显示，PPARγ抑制剂GW9662逆转了SAGs促进骨髓来源巨噬细胞（BMDMs）从炎症表型向修复表型转变的效果。Seahorse通量分析（图4F）进一步表明，SAGs增强了巨噬细胞的线粒体氧化磷酸化，增加了基础和最大氧耗率（OCR），而GW9662显著逆转了这种增加。RT-qPCR（图4G）和Western blotting分析（图4H）证实了PPARγ敲低后，SAGs介导的Arg1上调和Nos2下调显著减弱，表明PPARγ在SAGs诱导的巨噬细胞极化中发挥关键作用。

图4 SAG 通过代谢重编程将巨噬细胞群从促炎状态转变为抗炎和促再生状态。（A）参与糖脂代谢的关键基因的 RT-qPCR 分析；（B）WB 分析相关蛋白表达水平；（C）细胞外酸化的实时测量；（D，E）不同处理的骨髓来源的巨噬细胞（BMDM）中 CD68（D）和 CD206（E）的流式细胞分析和定量；（F）不同处理的 BMDM 中细胞代谢的海马通量分析；（G）PPARγ 敲低 BMDM 中 Pparg、Arg-1 和 Nos-2 的 RT-qPCR 分析；（H）PPARγ 敲低 BMDM 中 CD206、Arg-1、iNOS 和 PPARγ 的 WB 分析

（4）SAGs对糖尿病伤口的修复

图 5A 的示意图展示了通过微流控方法制备 Gel-SAGs MPs 的过程，成功将 GelMA 和 SAGs 结合。图 5B 的 FTIR 结果确认 GelMA 与 SAGs 之间形成了酰胺键，且 Gel-SAGs MPs 的酰胺 II 与酰胺 I 比值显著高于单独的 SAGs 或 GelMA。图 5C 的 zeta 电位分析显示 Gel-SAGs MPs 的 zeta 电位值为 −6.41 ± 5.31 mV，介于未改性 GelMA（−0.46 ± 1.07 mV）和 SAGs（−21.46 ± 2.47 mV）之间，表明其具有负电荷特性，有利于与正电荷蛋白相互作用。图 5D 的 SEM 图像显示 Gel-SAGs MPs 保留了与 GelMA MPs 相似的完整多孔结构，平均粒径为 325 ± 14 μm，孔径在 5 到 10 μm 之间，且更均匀。图 5E 和 5F 的降解行为分析表明，Gel-SAGs MPs 在 48 小时后开始破坏球体完整性，72 小时内累积释放 SAGs 达约 80%，降解率逐渐达到 50%，其降解行为与 SAGs 释放密切相关。图 5G 展示了 Gel-SAGs MPs 在大鼠皮下植入模型中的降解情况，与壳聚糖粉末（CHP）相比，Gel-SAGs MPs 在第 10 天几乎完全降解，降解周期与理想伤口愈合时间一致。图 5H 的 H&E 染色显示 Gel-SAGs MPs 处理的组织中炎症细胞逐渐减少，表明其具有较低的炎症反应。图 5I 的肝脏创伤模型显示 Gel-SAGs MPs 显著缩短了止血时间（71.33 ± 8.02 秒）并减少了血液损失（205.93 ± 22.24 毫克），与商业壳聚糖粉末（CHP）相当。图 5J 的 H&E 染色图像进一步证实了 Gel-SAGs MPs 在促进肝脏损伤修复方面的有效性。图 5K 的免疫荧光分析显示，与 CHP 和其他对照组相比，Gel-SAGs MPs 显著降低了 CD11b+ 巨噬细胞和中性粒细胞的表达，表明其具有抗炎特性。这些结果表明，Gel-SAGs MPs 作为一种新型伤口愈合增强剂，具有良好的生物相容性、生物降解性和止血性能，能够有效调节炎症反应，促进组织修复。

图5 基于SAGs的伤口愈合促进剂的构建与表征。（A）微流控方法制备Gel-SAGs MP；（B）FTIR光谱；（C）电位；（D）SEM图像；（E, F）SAG释放与GelMA-SAG降解的定性和定量分析；（G）Gel-SAGs MP在大鼠皮下植入模型中的降解图像；（H）H&E染色；（I）肝创伤模型中出血的定量分析；（J）H&E；（K）免疫荧光

图 6A 的 ELISA 分析显示 Gel-SAGs MPs 对炎症趋化因子 MCP-1、IL-6 和 IL-8 具有较强的亲和力，能够有效捕获这些因子。图 6B 的巨噬细胞迁移实验进一步证实了 Gel-SAGs MPs 的这种能力，其显著减少了 MCP-1 诱导的巨噬细胞迁移（p = 0.0445），与阳性对照组相比，迁移减少更为显著（p = 0.0016）。图 6C 的免疫荧光图像显示，在皮下植入后的第 3 天，Gel-SAGs MPs 周围和内部有显著的炎症细胞浸润，但到了第 7 天，这种浸润减少，且巨噬细胞表现出抗炎表型（Arg1+），表明 Gel-SAGs MPs 能够促进巨噬细胞从炎症状态向抗炎和修复状态转变。

图6 Gel-SAGs MPs 通过与炎症趋化因子和巨噬细胞相互作用来募集并促进炎症转化。（A）ELISA 定量分析；（B）巨噬细胞迁移评估；（C）第3天和第7天由皮下包埋的微球募集的抗炎巨噬细胞（Arg-1⁺）的荧光图像及定量分析

（5）Gel-SAGs MPs通过效应控制、炎症微环境调节和血管化促进糖尿病伤口愈合

图7A总结了Gel-SAGs MPs在糖尿病伤口愈合中的多方面作用，包括快速止血、分泌物管理以及激活内源性修复阶段，显著改善了糖尿病伤口的愈合过程。图7B的代表性数字图像显示，与对照组、GelMA MPs和商业壳聚糖粉末（CHP）相比，Gel-SAGs MPs处理组在伤后第14天的伤口闭合率最高，达到86.41 ± 3.69%，显著高于其他组。图7C的定量分析进一步证实了这一结果，表明Gel-SAGs MPs在所有观察时间点均显著促进伤口闭合。图7D的实时血流灌注图像显示，Gel-SAGs MPs显著改善了伤口区域的血流供应，这对于糖尿病伤口的慢性愈合至关重要。图7E和7F的H&E和Masson染色结果表明，Gel-SAGs MPs显著促进了肉芽组织的形成和增厚。

图7 基于 SAGs 的伤口愈合促进剂可促进糖尿病小鼠的伤口修复。（A）Gel-SAGs MP 对慢性伤口愈合的多方面影响；（B）第 0、3、7 和 10 天不同处理后的伤口图像；（C）第 3、7 和 10 天不同处理下的伤口愈合情况；（D）第 7 天伤口中血流的图像及定量分析；（E）H&E 染色及定量分析；（F）Masson 染色及定量分析

图8A和8B的免疫荧光图像显示，在伤后第3天，Gel-SAGs MPs处理组的炎症巨噬细胞标志物iNOS的荧光强度较低（图8D），而抗炎巨噬细胞标志物CD206的荧光强度较高（图8E），表明Gel-SAGs MPs促进了巨噬细胞从炎症表型向抗炎表型的转变。图8C和8F的CD31和α-SMA免疫荧光染色显示，在伤后第7天和第10天，Gel-SAGs MPs组的新生血管形成显著增加。图8G和8H的天狼星红染色和α-SMA免疫荧光分析显示，在伤后第21天，Gel-SAGs MPs处理的伤口中，胶原纤维网络特征更接近正常皮肤，表现为胶原纤维更短、排列更随机，且α-SMA+成纤维细胞数量显著减少，表明Gel-SAGs MPs减少了纤维化和瘢痕形成。

图8 评估 Gel-SAGs MPs 治疗后糖尿病伤口中巨噬细胞极化、新生血管形成和纤维化情况。（A-C）不同处理组免疫荧光染色；（D-F）免疫荧光染色的定量分析；（G, H）不同处理后天狼星红染色和 α-SMA 免疫荧光的图像及定量分析

图9A的图像显示，Gel-SAGs MPs在促进糖尿病伤口愈合方面显著优于碘伏、MepILex Lite泡沫敷料和藻酸盐敷料。图9B的定量分析表明，Gel-SAGs MPs处理组的伤口闭合率显著高于其他商业产品，表明其在愈合速度上的优势。图9C的H&E染色和Masson染色结果显示，Gel-SAGs MPs显著加速了伤口愈合并改善了愈合质量，表现为更完整的上皮化和更密集的胶原沉积，而其他材料的效果相对较弱。图9D的治疗模式比较热图进一步揭示了Gel-SAGs MPs在免疫调节和代谢调节方面的独特优势，表明其能够通过多维度调节伤口微环境来促进组织再生。

图9 Gel-SAGs MPs 与其他常用伤口处理材料的比较。（A）Gel-SAGs MP 与市售产品之间的比较图像；（B）伤口愈合百分比；（C）不同处理下的 H&E 染色、Masson 染色及定量分析；（D）Gel-SAGs MP 治疗组与常见商业伤口治疗产品的热图比较