针对上述问题，空军军医大学（第四军医大学）牛丽娜教授团队通过转录组测序发现铁死亡是口腔溃疡进展的关键驱动因素，并据此构建了一种不对称粘附、靶向铁死亡的亚精胺（SPD）功能化Janus水凝胶微针系统（MN-HTSO-C）。该系统通过化学接枝和动态席夫碱交联制备，能够将药物靶向递送至黏膜组织。通过特异性递送SPD，该系统有效抑制铁死亡、减少活性氧（ROS）积累、重编程局部免疫微环境，从而促进血管生成和上皮再生。该工作不仅鉴定了一种新的病理机制，还提出了一种结合靶向递送、免疫调节和铁死亡抑制的综合治疗策略，为口腔溃疡及其他铁死亡相关黏膜疾病的治疗提供了新方向。该文章于2026年1月28日以《Spermidine-functionalized Janus hydrogel microneedles inhibit ferroptosis and promote healing of oral ulcers》为题发表于《Bioactive Materials》（DOI: 10.1016/j.bioactmat.2026.01.016）。

Scheme 1. 亚精胺（SPD）功能化Janus水凝胶微针（MN-HTSO-C）的合成及其通过调节炎症和再生促进口腔溃疡愈合的治疗机制示意图。

（1）铁死亡在口腔溃疡患者及实验大鼠模型中的发生验证

 通过RNA-seq分析发现，乙酸诱导的SD大鼠口腔溃疡模型中共有2058个上调和1511个下调差异表达基因，SAT1和SLC39A14等铁死亡关键调控因子显著升高；GO富集分析显示炎症反应、上皮屏障功能破坏和铁离子转运异常通路显著富集，GSEA证实铁死亡相关基因集显著富集（P<0.01, FDR=0.0008）。功能验证实验表明，铁死亡抑制剂Liproxstatin-1（LIP-1）治疗6天后溃疡面积较Vehicle组和VC组显著缩小，上皮结构完整性恢复且基底层细胞增殖增强，而维生素C组的溃疡愈合率、上皮修复和细胞增殖促进均显著劣于LIP-1组；人溃疡组织中4-HNE、PTGS2表达及MDA、Fe²⁺水平显著升高，SAT1和ACSL4蛋白高表达，LIP-1干预后上述指标均显著下调。结果证实铁死亡是口腔溃疡的核心调控靶点，单纯抗氧化治疗不足以实现高效愈合。

图1. 口腔溃疡微环境诱导患者及大鼠铁死亡。（A）口腔溃疡转录组的基因集富集分析（GSEA），显示铁死亡相关基因特征富集；（B）大鼠模型实验设计示意图：使用70%乙酸在雄性SD大鼠中诱导口腔黏膜溃疡，随后连续6天每日给予铁死亡抑制剂Liproxstatin-1（LIP-1）和抗氧化剂维生素C（VC）；（C）Vehicle、LIP-1或VC处理大鼠在第0、2、4、6天的口腔溃疡代表性照片及定量分析；（D）溃疡面积的时间进程定量分析（n=6）；（E）第2天和第6天Vehicle、LIP-1或VC处理大鼠口腔组织的苏木精-伊红（H&E）染色切片，显示组织学改变（n=6），比例尺：100 μm；（F）口腔组织中角蛋白14（KRT14）和增殖细胞核抗原（PCNA）的免疫荧光染色（n=5），比例尺：200 μm；（G）人口腔溃疡及大鼠模型中4-羟基壬烯醛（4-HNE）的免疫组织化学检测（n=6），比例尺：100 μm；（H）人正常黏膜与溃疡组织中4-HNE强度的定量分析（左），以及大鼠溃疡组织经Vehicle或LIP-1处理后的定量分析（右）（n=6）；（I）大鼠口腔组织中的丙二醛（MDA）水平（n=6）；（J）大鼠口腔组织中的亚铁离子（Fe²⁺）含量（n=6）；（K）大鼠口腔组织中铁死亡相关蛋白（亚精胺/精胺N1-乙酰转移酶1、长链酰基辅酶A合成酶家族成员4，ACSL4）的Western blot分析（n=3）。数据以均值±标准差表示。*p<0.05；p<0.01；*p<0.001；p<0.0001。统计学显著性通过非配对Student's t检验（H）和单因素方差分析（D、I-K）确定。

（2）HTSO水凝胶的合成与表征

通过盐酸羟胺滴定法测定氧化葡聚糖（ODEX）的醛基含量为38.5%，¹H NMR在5.07 ppm和5.59 ppm处出现半缩醛基团特征吸收峰；透明质酸经EDC/NHS活化后与SPD接枝得到HTS，接枝度为50.2%，¹H NMR在2-6 ppm范围显示SPD脂肪族质子特征信号。FTIR显示HT的O-H带从3305 cm⁻¹移至3270 cm⁻¹，HTS在1603 cm⁻¹出现SPD共轭特征峰，HTSO在1636 cm⁻¹出现C=N伸缩振动带且O-H移至3296 cm⁻¹，证实席夫碱交联形成；HTS与ODEX混合后约5 min内形成稳定水凝胶，验证分步合成策略的有效性。

图2. 水凝胶材料的设计与制备。（A）氧化葡聚糖（ODEX）和葡聚糖（DEX）的¹H NMR谱图；（B）用于转化的透明质酸（HA）活化（HT）和SPD缀合化学活化HA反应中间体（HTS）的¹H NMR谱图；（C）HTS、SPD缀合化学活化HA反应中间体-ODEX水凝胶（HTSO）、HT、化学活化HA反应中间体-ODEX水凝胶（HTO）和HA的傅里叶变换红外光谱（FTIR）；（D）混合HTS和ODEX形成HTSO水凝胶的照片；（E）不同配方水凝胶（HTSO-5、HTSO-10、HTSO-15、HTO-15）的扫描电子显微镜（SEM）图像及孔径定量分析（n=6），比例尺：上排：100 μm；下排（放大区域）：50 μm；（F）含Ca²⁺的羧甲基壳聚糖-明胶-丝素蛋白（GSC）体系的流变学表征；（G）GSC界面和HTSO水凝胶的SEM图像，比例尺：200 μm。数据以均值±标准差表示。p<0.05；*p<0.0001。统计学显著性通过单因素方差分析确定。

（3）HTSO与GSC水凝胶的理化性能表征

SEM显示三种HTSO水凝胶（HTSO-5、HTSO-10、HTSO-15）均呈多孔3D网络结构，平均孔径分别为~170 μm、~150 μm和~50 μm，HTO-15约80 μm。GSC层经20 mM CaCl₂浸泡后，Ca²⁺与CMCS羧酸根配位并与SF极性基团相互作用形成3D网络，流变测试显示G′>G″。Janus双层结构通过浇注第二层前驱液实现，SEM显示连续双层结构及交织界面，EDS分析通过O（HTSO）和Br（GSC）信号区分两层，界面处信号保持分明；GSC层结构致密，HTSO层多孔，界面过渡区显示两种材料相互渗透。

（4）HTSO水凝胶的黏附与溶胀性能

LC-MS定量显示SPD接枝后黏膜滞留显著增强。溶胀行为测试显示HTSO-5溶胀比最高，HTSO-15最低，与交联密度差异一致；HTSO-5也表现出最高的SPD释放速率。通过分离测试、搭接剪切测试和拉伸黏附测试评估HTSO介导的猪黏膜黏附性能，HTSO-5的分离力、搭接剪切强度和拉伸黏附强度均显著高于HTSO-10和HTSO-15。主要失效模式为水凝胶本体黏聚破坏而非界面分离。相比之下，HTSO-5-C（对照组）在所有测试中几乎无黏附性能，证实HTSO-C Janus水凝胶具有非对称黏附特性。

图3. HTSO水凝胶可调控膨胀和药物释放，Janus结构赋予明显单向黏附性能。（A）通过液相色谱-质谱联用（LC-MS）定量的组织SPD浓度（n=6）；（B）HTSO-5、HTSO-10、HTSO-15随时间的溶胀比（左）及定量分析（右）（n=3）；（C）分离试验示意图；（D）HTSO-5、HTSO-10、HTSO-15和HTSO-5-C在猪皮肤上的分离力（n=6）；（E）搭接剪切试验示意图；（F）HTSO-5、HTSO-10、HTSO-15和HTSO-5-C在猪皮肤上的搭接剪切强度（n=6）；（G）拉伸粘附试验示意图；（H）HTSO-5、HTSO-10、HTSO-15和HTSO-5-C的拉伸强度（n=6）。数据以均值±标准差表示。*p<0.05；p<0.01；*p<0.001；p<0.0001。统计学显著性通过单因素方差分析确定。

（5）MN-HTSO-C微针贴片的制备与表征

基于HTS与ODEX质量比1:5（HTSO-5）的最优黏膜黏附强度、适宜溶胀比和高效药物释放动力学，制备Janus贴片：HTSO溶液经真空脱气、37°C孵育1 h形成微针层，随后浇注GSC前驱液并以20 mM CaCl₂表面快速交联，再次真空脱气后37°C孵育10 h完成。SEM显示微针排列有序、形貌良好，单针插入力约0.5 N，H&E染色证实其穿透溃疡纤维蛋白层进入黏膜下层；体内黏附超过72 h，LC-MS显示局部SPD浓度24 h达峰并维持治疗浓度约48 h。加速稳定性测试（4°C、25°C/60% RH、40°C/75% RH，4周）显示关键功能属性基本保持，体外证实其在PBS+胶原酶和模拟唾液中可控生物降解。

图4. 微针的制备与表征。（A）微针-SPD缀合化学活化HA反应中间体-ODEX水凝胶-羧甲基壳聚糖（CMCS）-明胶（Gel）-丝素蛋白（SF）复合物（MN-HTSO-C）的制备流程；（B）MN-HTSO-C的SEM图像，比例尺：左：200 μm；右（放大区域）：50 μm；（C）微针贴片压缩试验示意图；（D）MN-HTSO-C微针的单针压缩力；（E）HTSO和MN-HTSO-C的拉伸性能表征（n=6）；（F）MN-HTSO-C插入口腔黏膜的示意图；（G）MN-HTSO-C在大鼠口腔黏膜上的体内应用；（H）H&E染色的口腔黏膜切片组织学分析，比例尺：100 μm；（I）显示MN-HTSO-C贴片在大鼠颊黏膜上粘附的代表性照片；（J）大鼠颊黏膜产生的SPD水平，通过LC-MS测量（n=6）；（K）MN-HTSO-C在唾液或胶原酶中的降解（n=6）。数据以均值±标准差表示。nsp>0.05；p<0.05；*p<0.0001。统计学显著性通过非配对Student's t检验（E、K）和单因素方差分析（J）确定。

（6）MN-HTSO-C的体外铁死亡抑制、抗炎和抗氧化性能

生物安全性评估显示，低浓度（1.6-12.8 μg/mL）MN-HTSO-C在12和24 h无细胞毒性并表现增殖效应，但72 h时6.4 μg/mL即导致活力显著下降，高浓度（25.6-204.8 μg/mL）呈时间依赖性抑制；活/死染色和定量分析证实处理组活细胞比例与对照组无显著差异，体内主要器官未见显著组织损伤或炎症反应。在100 μM H₂O₂刺激24 h的体外模型中，MN-HTSO-C通过抑制铁死亡、减轻氧化应激和缓解炎症反应提供细胞保护：氧化BODIPY荧光强度显著降低，细胞增殖和活力增强，促存活效应与Fer-1相当；细胞内ROS恢复至基线水平，促炎介质iNOS表达显著下调而抗炎标志物ARG1上调，表明其能打破氧化应激与炎症相互强化的恶性循环。

图5. MN-HTSO-C体外铁死亡抑制、抗氧化和抗炎效果的评估。（A）通过氧化BODIPY流式细胞术分析脂质过氧化（左）及定量分析（右）（n=3）；（B）在过氧化氢（H₂O₂）存在或不存在MN-HTSO-C或Ferrostatin-1（Fer-1）处理后，通过Live/Dead™染色评估细胞活力（n=3），比例尺：100 μm；（C）不同处理条件下死/活比例的定量分析（n=3）；（D）H₂O₂处理细胞在有无MN-HTSO-C条件下的活性氧（ROS）（绿色）/DAPI（蓝色）免疫荧光（n=5），比例尺：20 μm；（E）相对ROS荧光强度的定量分析（n=5）；（F）H₂O₂处理细胞在有无MN-HTSO-C条件下的诱导型一氧化氮合酶（iNOS）和精氨酸酶1（ARG1）免疫荧光（n=6），比例尺：50 μm。数据以均值±标准差表示。*p<0.05；p<0.01；*p<0.001；p<0.0001。统计学显著性通过单因素方差分析确定。

（7）MN-HTSO-C的体内治疗效果

SD大鼠口腔溃疡模型设置Vehicle、MN-HTSO-C、Kanghua Dex贴片、MN-LA、MN-SPD和Free SPD组，微针每48 h更换，Free SPD每日涂抹，LIP-1每日腹腔注射。第1天各组溃疡面积无显著差异，第3天起MN-HTSO-C显示最快伤口闭合，第5天残留缺损最小；疗效排序为MN-HTSO-C > MN-SPD > LIP-1 > Kanghua > Free SPD > MN-LA > Vehicle，体重恢复和行为学评分呈相似趋势。H&E染色显示MN-HTSO-C组上皮连续分层，Masson三色染色显示胶原沉积致密有序；免疫荧光显示其显著上调KRT14和CD31，下调TNF-α、MPO、iNOS和ACSL4，脂质过氧化水平和铁染色减弱，透射电镜显示线粒体超微结构显著改善。

图6. MN-HTSO-C水凝胶通过靶向铁死亡、炎症和氧化应激对口腔溃疡的治疗作用。（A）实验时间线示意图：使用乙酸在大鼠中诱导口腔溃疡，并用Vehicle、MN-HTSO-C水凝胶、Kanghua Dex贴片或LIP-1处理5天；（B）第1、3、5天溃疡的代表性照片及定量分析；（C）随时间变化的伤口愈合率定量分析（n=3）；（D）H&E（上）和Masson三色（下）染色的口腔黏膜切片组织学分析（n=3），比例尺：100 μm；（E）KRT14、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、髓过氧化物酶（MPO）、血小板内皮细胞粘附分子-1（CD31）、分化簇163（CD163）、iNOS和ACSL4的免疫荧光染色（n=6），比例尺：100 μm。数据以均值±标准差表示。****p<0.0001。统计学显著性通过双因素方差分析确定。

（8）RNA测序揭示MN-HTSO-C的治疗机制

对第3天溃疡组织和MN-HTSO-C处理黏膜组织进行RNA测序，主成分分析显示两组全局转录组谱清晰分离。火山图分析鉴定1282个DEGs（456个上调，826个下调）。GO富集分析显示DEGs显著参与铁离子转运、细胞对肿瘤坏死因子反应及多种免疫炎症反应。GSEA证实治疗组口腔黏膜中铁死亡信号通路协同抑制。KEGG富集分析显示MN-HTSO-C组PI3K-AKT信号通路相关基因显著改变，GSEA进一步确认治疗效果可能通过调节NF-κB信号通路介导。

图7. 转录组分析揭示MN-HTSO-C治疗的分子机制。（A）基因表达谱的主成分分析（PCA）显示MN-HTSO-C处理与溃疡对照样本明显分离；（B）差异表达基因的火山图；（C）MN-HTSO-C与溃疡相比下调基因的GO富集分析；（D）铁死亡通路的GSEA图，显示MN-HTSO-C与溃疡组之间的富集评分（ES）；（E）MN-HTSO-C与溃疡相比上调基因的KEGG通路富集分析；（F）核因子-κB（NF-κB）信号通路的GSEA，显示MN-HTSO-C处理与溃疡组之间的差异富集。

（9）MN-HTSO-C治疗机制的验证

免疫荧光和qPCR分析显示，MN-HTSO-C处理显著增加磷酸化Akt（p-Akt）荧光强度，促进Nrf2上调及下游GPX4蛋白和mRNA水平升高；同时显著抑制NF-κB通路，p65核定位减弱，NF-κB蛋白水平及下游IL-6、TNF-α、COX2表达降低。MN-HTSO-C还显著上调铁输出蛋白SLC40A1的蛋白和mRNA水平。Akt特异性抑制剂MK-2206可消除MN-HTSO-C诱导的p-Akt、Nrf2和GPX4上调，证实细胞保护依赖Akt激活；铁死亡抑制剂Fer-1可重现其效应，而诱导剂RSL-3加剧氧化损伤和炎症，锚定治疗结果与铁死亡抑制的因果关系。

图8. MN-HTSO-C的机制验证。（A）Vehicle和MN-HTSO-C处理组口腔黏膜组织中磷酸化蛋白激酶B（p-Akt）、谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）、核因子κB p65亚基（NF-κB p65）、环氧合酶2（COX2）和白细胞介素6（IL6）的代表性免疫荧光图像，以及溶质载体家族40成员1（SLC40A1）的免疫组织化学染色，比例尺：50 μm；（B）荧光和免疫组织化学染色强度的定量分析（n=6）；（C）对照、Vehicle和MN-HTSO-C处理组中p-Akt、核因子红细胞2相关因子2（Nrf2）、Slc40a1和NF-κB p65表达的Western blot分析，甘油醛-3-磷酸脱氢酶（GAPDH）用作内参对照；（D）蛋白水平定量分析（n=3）；（E）COX2、TNF-α和GPX4蛋白表达的Western blot分析，GAPDH作为上样对照；（F）归一化至GAPDH后的蛋白水平定量分析（n=3）。数据以均值±标准差表示。nsp>0.05；*p<0.05；p<0.01；*p<0.001；p<0.0001。统计学显著性通过非配对Student's t检验（B）和单因素方差分析（D、F）确定。