针对上述问题，中国医学科学院北京协和医院整形外科研究中心刘文帅研究团队与南开大学、中国康复研究中心的研究人员合作，受天然细胞外基质（ECM）化学组成启发，开发了一种多功能糖肽水凝胶（GMIgel）。该团队巧妙地将具有代谢调控功能的线粒体衍生肽MOTS-c与内源性抗菌肽融合，通过动态化学交联葡甘露聚糖与生物活性肽，构建了一个智能治疗体系。GMIgel将抗菌活性与线粒体代谢调节相结合，为压疮治疗提供了有前景的策略。该水凝胶不仅能快速清除细菌感染，为慢性伤口提供无菌微环境，还能显著恢复线粒体形态与功能，包括抑制糖酵解和增强三羧酸（TCA）循环活性，从而促进巨噬细胞代谢重编程并诱导其向修复性M2表型极化，实现了对压疮伤口微环境的协同性精准调控。该文章于2026年2月17日以《Energetic metabolism-regulatory glycopeptide hydrogel accelerates pressure ulcer wound repair》为题发表于《Bioactive Materials》（DOI: 10.1016/j.bioactmat.2026.02.016）。

图1.线粒体代谢调控自愈合糖肽水凝胶的设计图及其在压疮治疗中的应用

（1）糖肽水凝胶的制备与表征

GM经高碘酸钠氧化制备GM-CHO，FTIR在1635 cm⁻¹处出现羰基伸缩振动峰，氧化度约21%，¹H NMR在8.2 ppm处出现醛基质子峰；MI肽接枝后形成GMI，圆二色谱显示其保留无规卷曲构象，透射电镜观察到交织纳米纤维结构（图2B）。GMI与GM-NH₂（40 mg/mL）等体积混合形成水凝胶，流变学显示0.5-100 rad/s范围内G'始终大于G''，1:1质量比机械强度最优（图2C），时间扫描证实0-30分钟内粘弹性稳定（图2D），应变扫描揭示剪切变稀行为及凝胶-溶胶转变（图2E），100%应变下模量骤降并于5%应变下快速恢复，表明优异的自愈性和可注射性（图2F）。扫描电镜显示多孔纤维状结构（图2G），24小时PBS溶胀率201%，酸性条件下肽通过席夫碱裂解释放，72小时累积释放约54%，3天残留质量约50%。

图2.GMIgel的自愈合与表征。（A）GM、MI和GMI的圆二色谱（浓度0.1 mg/mL）；（B）GMI的代表性透射电镜图像；（C）GMIgel在0.1-100 rad/s频率范围内的流变学特性；（D）GMIgel的时间依赖性流变学；（E）GMIgel的应变扫描；（F）GMIgel在高低应变交替（100%和5%）下的自愈合分析；（G）GMIgel的代表性扫描电镜图像。

（2）GMIgel的高效抗菌性能

选用大肠杆菌和MRSA为模式菌株。MIC测定显示MI多肽20 μg/mL时细菌存活率<10%。GMIgel中MI浓度25 μg/mL时，细菌存活率<5%（图3A, B）。机制研究表明，GMIgel使细菌ATP降至1.75%-3%，钾离子和β-GAL泄漏显著增加（图3C-E），证实其通过破坏膜完整性和能量代谢杀菌。平板计数显示GMIgel抗菌活性与抗生素相当（图3F），电镜观察到细菌膜皱缩、胞质泄漏（图3G-H）。活/死染色和结晶紫实验证实GMIgel能清除生物膜并抑制其形成（图3I-L）。

图3.GMIgel的抗菌能力。（A, B）不同比例MI制备的GMIgel对MRSA和E. coli存活率的影响；（C-E）不同处理对MRSA中ATP、K⁺和β-GAL的影响；（F）不同处理后MRSA和E. coli菌落照片；（G）不同处理后MRSA和E. coli的扫描电镜图像，黄色箭头指示细菌细胞膜破坏；（H）GMIgel处理MRSA和E. coli的代表性透射电镜图像；（I）GMIgel处理后MRSA和E. coli的活/死染色荧光图像；（J）GMIgel处理后MRSA生物膜的活/死染色三维荧光图像；（K, L）不同处理后MRSA生物膜结晶紫染色的代表性图像和定量分析。

（3）GMIgel通过调控代谢重编程促进M2极化

CCK-8实验评估显示，MI多肽在0-50 μg/mL浓度范围内无显著细胞毒性，10-25 μg/mL时甚至促进细胞增殖，仅100 μg/mL表现出明显毒性；GMIgel在0-100 μg/mL范围内亦未诱导显著毒性，表明MI多肽载药浓度维持在100 μg/mL以下具有良好的生物安全性。鉴于M2极化受损与慢性压疮密切相关，且过量ROS诱导的线粒体功能障碍是关键机制，本研究进一步考察GMIgel的ROS清除能力。DCFH-DA检测显示，MI多肽以浓度依赖性方式降低H₂O₂诱导的胞内ROS水平，30 μg/mL时恢复至对照水平；含40 μg/mL MI的GMIgel可有效恢复胞内ROS至正常水平，被选为最佳工作浓度。MitoSOX™ Red探针进一步证实，GMIgel和GMgel显著降低线粒体超氧化物水平，而GIgel无此效果（图4A-B）。ABTS和DPPH实验显示GMIgel对自由基的清除率分别达92%和87%。此外，JC-1探针检测表明GMIgel有效抑制H₂O₂诱导的线粒体膜电位下降（图4C-D），恢复ATP产生（图4E），并显著减轻线粒体结构损伤（图4F）。这些结果表明GMIgel通过清除胞内和线粒体ROS、保护线粒体功能，为促进巨噬细胞M2极化提供了基础。

图4.GMIgel缓解巨噬细胞氧化应激损伤并改善其线粒体功能。（A, B）GMIgel清除RAW264.7细胞线粒体超氧化物的代表性荧光图像和定量分析；（C）JC-1染色法检测RAW264.7细胞MMP；（D）MMP定量分析；（E）不同处理后RAW264.7细胞的ATP水平；（F）不同处理后RAW264.7细胞线粒体的代表性透射电镜图像。

（4）GMIgel促进M2极化 

GMIgel显著抑制氧化损伤诱导的己糖激酶（HK）和磷酸果糖激酶（PFK）过度激活（图5A, B），增强异柠檬酸脱氢酶（IDH）活性（图5C）并将琥珀酸脱氢酶（SDH）活性提升至高于对照水平（图5D）；代谢组学显示H₂O₂上调的乳酸、葡萄糖-6-磷酸等糖酵解代谢物被恢复至对照水平（图5E, F），TCA循环中升高的异柠檬酸、α-酮戊二酸和琥珀酸及降低的延胡索酸、苹果酸被有效逆转（图5G, H）。共聚焦显微镜显示GMIgel诱导M2型形态特征，CD206免疫荧光强度高于GM组（图5J），流式细胞术证实其显著增加M2巨噬细胞比例，疗效与IL-4相当（图5K），并显著降低H₂O₂诱导的IL-6和TNF-α表达上调（图5L, M），表明GMIgel通过代谢重编程促进巨噬细胞向抗炎M2表型极化。

图5.GMIgel介导的代谢重编程及其在巨噬细胞极化中的调控作用。（A-D）己糖激酶活性、磷酸果糖激酶活性、异柠檬酸脱氢酶活性和琥珀酸脱氢酶活性；（E-H）LC-MS数据热图及糖酵解和TCA循环代谢物相对丰度的定量分析；（I）糖酵解和TCA循环示意图；（J）GMIgel处理72小时RAW 264.7细胞的代表性共聚焦激光扫描显微镜图像；（K）CD206和CD86表达的流式细胞术分析；（L, M）RAW264.7细胞培养上清中IL-6和TNF-α的分泌。

（5）生物相容性与促血管生成功能

活/死细胞染色显示GMIgel组L929细胞呈绿色荧光，3天内保持增殖活性（图6A）；CCK-8实验证实稀释GMIgel中L929细胞、HUVECs和RAW264.7细胞72小时增殖活性与对照组无显著差异（图6B-D），溶血率与生理盐水组相当（图6E）。划痕实验显示GMIgel共培养组HUVECs在12 h和24 h迁移能力显著增强（图6F, G），血管形成实验显示其血管网络形成能力与Matrigel相当（图6H, I），表明GMIgel具有促血管生成特性。

图6.GMIgel处理的生物相容性、细胞迁移和管腔形成。（A）L929细胞在GMIgel中生长的三维图像；（B-D）L929、RAW264.7细胞和HUVECs在GMIgel中培养的细胞活力；（E）GMIgel的溶血率统计；（F, G）与GMIgel共培养后HUVECs的细胞迁移图像和定量分析；（H, I）HUVECs在GMIgel中培养的管腔形成图像和定量分析。

（6）GMIgel促进体内感染压疮愈合

GMIgel（40 μg/mL多肽）在体内表现出良好的生物相容性和降解特性，荧光成像显示其第10天几乎完全降解，主要器官H&E染色未见病理变化（图S17）。在MRSA感染小鼠压疮模型中（图7A），GMIgel组伤口面积在第3、5、8和12天均显著小于对照组和CS组（图7B-D），第12天细菌培养几乎无菌落，表明其具有显著的促愈合和抗菌活性。组织学分析显示，GMIgel组第12天H&E染色可见表皮完全再生、毛囊新生增加且炎症细胞浸润减少（图7E），Masson染色显示胶原纤维致密排列（图7F）；激光多普勒灌注成像证实其显著减轻炎症、降低皮肤血液灌注（图7G, I），免疫组化显示促炎因子TNF-α和IL-6减少而抑炎因子IL-10增加（图7H-L）。这些结果表明GMIgel通过抗炎、抗菌、促组织再生等多重机制有效促进MRSA感染压疮愈合。

图7 .GMIgel促进体内感染压疮愈合。（A）GMIgel治疗示意图；（B）不同治疗时间伤口照片；（C）伤口闭合迹象；（D）不同治疗时间的伤口面积；（E）第12天伤口组织H&E染色图像；（F）第12天伤口组织Masson染色图像；（G）第12天小鼠伤口激光多普勒灌注图像；（H）第12天TNF-α、IL-6和IL-10免疫组化染色图像；（I-L）伤口部位血液灌注、TNF-α、IL-6和IL-10的定量统计。

（7）GMIgel促进血管再生并调控线粒体代谢

为评估GMIgel的体内抗氧化效果，治疗后第12天皮肤DHE免疫荧光染色显示其ROS水平显著低于对照组和CS组（图8A-E）。巨噬细胞表型分析表明，GMIgel组CD86阳性M1型细胞比例显著降低，而CD206阳性M2型细胞比例约为对照组三倍（图8B-C, F-G），证实其有效促进M2极化、抑制M1极化。血管生成评估显示，GMIgel组CD31和α-SMA阳性细胞比例显著高于对照组和CS组（图8D, H-I），表明其促进新生血管形成和血管成熟。透射电镜观察显示，对照组和CS组巨噬细胞线粒体肿胀、嵴结构紊乱，而GMIgel组恢复典型杆状结构和紧密嵴排列（图8J）。代谢酶活性检测进一步证实，GMIgel显著逆转压疮组织HK和PFK活性升高及IDH和SDH活性降低的代谢重编程现象，使线粒体代谢关键酶活性恢复更接近正常水平（图8K-N）。这些结果表明GMIgel通过清除ROS、调控巨噬细胞极化、促进血管生成及改善线粒体功能和代谢稳态，多维度促进压疮愈合。

图8.GMIgel促进血管再生并调控线粒体代谢。（A-D）治疗第12天DHE、CD68/CD86、CD68/CD206及CD31/α-SMA免疫荧光染色代表性图像；（E-I）相应指标相对荧光强度定量结果；（J）治疗第12天巨噬细胞线粒体结构透射电镜图像；（K-N）HK、PFK、IDH和SDH活性定量分析。

（8）转录组学机制探讨

为探究GMIgel促进压疮修复的分子机制，对GMIgel处理组和对照组伤口组织进行转录组测序。结果显示两组间共有2692个差异表达基因（DEGs），其中717个上调、1975个下调（图9A, B）；GMIgel组基因表达谱更接近正常组织，促炎基因显著下调而抗炎基因显著上调（图9C）。GO富集分析表明GMIgel主要通过调控局部免疫反应和细胞增殖、迁移等功能促进愈合（图9D），KEGG分析显示DEGs显著富集于细胞因子-细胞因子受体相互作用、PI3K-Akt和趋化因子信号通路等免疫相关通路（图9E）。鉴于PI3K/Akt通路在整合代谢信号、维持线粒体质量控制中的核心作用，该通路可能是连接GMIgel介导的代谢重编程与线粒体稳态的关键桥梁：PI3K/Akt/mTOR轴可调节线粒体膜电位并防止过度线粒体自噬，同时通过与Nrf2抗氧化防御机制偶联增强ROS清除能力，从而避免线粒体通透性转换孔开放和细胞凋亡，为巨噬细胞转化和组织修复提供必要的能量与信号基础。这些结果表明GMIgel通过协同激活PI3K/Akt依赖性通路纠正线粒体功能障碍，建立有利于伤口修复的微环境。

图9.RNA测序分析。（A）韦恩图；（B）火山图；（C）聚类热图；（D）GO分析；（E）KEGG通路富集