针对上述问题，解放军总医院马鑫教授团队开发了一种血液触发的双响应水凝胶-脂质体复合系统。该系统由多巴胺修饰的羧基化明胶（Gel-CB-Ca）和季铵化壳聚糖（QCS）组成，可在接触血液后通过金属配位和儿茶酚氧化偶联从柔软可注射状态转变为坚硬凝胶，实现无需压迫缝合的快速止血和牢固组织粘附。同时，研究将PPARα激动剂GW7647包封于活性氧（ROS）响应型脂质体中，使其在正常生理条件下保持稳定，而在氧化应激环境下结构破坏释放药物。这一设计实现了机械保护与生物化学调控的结合：水凝胶提供局部抗氧化效应和湿组织粘附，脂质体实现"按需"精准释药，通过激活PPARα通路增强Nrf2和GPX4等抗氧化酶表达，抑制脂质过氧化和铁死亡，从而减轻缺血再灌注引起的肾损伤并促进术后功能恢复。该文章于2026年4月22日以《A Blood-Triggered Adhesive Hydrogel Loaded with Reactive Oxygen Species-Responsive Liposomes for the Treatment of Acute Kidney Injury》为题发表于《ACS Nano》（DOI: 10.1021/acsnano.5c20450）。

示意图1 GQ@L gel的制备及其在治疗缺血再灌注损伤中的作用机制

（1）ROS响应脂质体的设计与构建

通过薄膜水合法成功构建了负载GW7647的ROS响应型脂质体Lip/DSPE@GW（图1A）。该脂质体呈现规整的球形囊泡结构（图1B–D），平均粒径为121.7 nm，电位为 -14.0 mV；药物与脂质双分子层间的非共价相互作用导致其UV-Vis吸收峰发生位移；包封率与载药率分别为82.96%和16.59%。

在ROS响应性评估中，Lip/DSPE@GW表现出显著的氧化应激敏感性。DLS与TEM分析证实，在H₂O₂触发下，该脂质体会经历从流体动力学膨胀到近乎完全解体的结构演变，而无响应对照组Lip@GW则保持稳定（图1E–F）。浊度实验显示Lip/DSPE@GW的OD₅₀₀随H₂O₂浓度增加而显著下降，证明了其降解过程具有ROS浓度依赖性（图1G–H）。药物释放曲线进一步验证了这一特性：Lip/DSPE@GW在生理环境下展现出极佳的封闭稳定性，但在H₂O₂诱导下能特异性地触发GW7647快速释放，实现了精确的药物控释。

图1 ROS响应型脂质体的制备与表征。（A）Lip/DSPE@GW的制备及ROS响应机制示意图；（B-D）Lip/DSPE、Lip@GW与Lip/DSPE@GW的TEM图像及粒径分布；（E-F）Lip/DSPE@GW与Lip@GW在100 μM H₂O₂中孵育不同时间的粒径变化及TEM图像；（G-H）Lip/DSPE@GW与Lip@GW在不同浓度H₂O₂下的OD500曲线。

（2）具有血液触发相变特性的水凝胶的制备

通过¹H NMR、FTIR及UV-Vis分析证实BTCA成功接枝到明胶，且儿茶酚基团成功引入（图2A）。9% Gel-CB-Ca与3% QCS形成的GQ凝胶具有均匀连续的蜂窝状结构（图2B），其储能模量G'与粘度随Gel-CB-Ca浓度增加而显著升高（图2C-D）。

GQ@L凝胶展现出优异的理化性能与抗氧化能力。该凝胶在48 h内溶胀率约为200%，可于PBS或胶原酶II中降解，并具备良好的挤出性及多器官粘附性（图2E）。体外抗氧化评价显示，GQ@L凝胶在12 h内对H₂O₂、ABTS、羟基自由基及DPPH的清除率均超过70%（图2M-P）。此外，药物释放具有显著的ROS响应性，在H₂O₂诱导下释放量大幅提升（图2F）。

GQ凝胶具有独特的血触发相变特性。该凝胶在纯水中呈透明柔软状态，接触血液后迅速转变为浑浊的固化状态（图2G）。血液触发相变后，凝胶的机械稳定性、储能模量与压缩模量均显著升高（图2I-K）。流变学测试证实相变后G' > G''且形成稳定平台，在高应变破坏后模量可瞬间恢复，表现出良好的自修复能力（图2L）。此相变过程未干扰其释药功能，GQ@L凝胶在相变后仍保持高效的ROS按需释放行为（图2H）。

图2 血液触发相变水凝胶的制备、性能及抗氧化活性表征。（A）Gel、Gel-CB与Gel-CB-Ca的¹H NMR谱图；（B）不同配比水凝胶的SEM图像；（C-D）不同配比水凝胶的流变性能及粘度曲线；（E）GQ@L凝胶对大鼠器官粘附性的代表性照片；（F）GQ凝胶在不同浓度H₂O₂下的药物释放曲线；（G）GQ凝胶在140 mM NaCl与全血中的宏观照片；（H）相变后GQ凝胶在不同浓度H₂O₂下的药物释放曲线；（I-K）相变后GQ凝胶的流变学表征；（L）相变后GQ凝胶在循环应变扫描下的自修复能力；（M-P）GQ@L凝胶对H₂O₂、ABTS、羟基自由基及DPPH的清除能力随时间变化曲线。

（3）GQ@L凝胶在顺铂诱导的损伤中增强抗氧化防御和保护线粒体功能

该系列水凝胶均未引起明显溶血（图3A）。在凝血实验中，GQ凝胶与GQ@L凝胶均在3 min内促进血液凝固（图3B）。CCK-8及活/死染色显示，当脂质体浓度在0–2.5 mg mL-1范围内时，GQ@L凝胶无显著细胞毒性，细胞存活率保持在80%以上且形态完整（图3C-D）。在顺铂诱导的损伤模型中，GQ@L凝胶将细胞存活率从受损状态提升至82.38%，优于GQ凝胶组（73.38%）（图3E）。针对氧化应激与线粒体功能的分析显示，GQ@L凝胶通过儿茶酚的自由基清除作用与GW7647的协同效应，显著降低了胞内ROS积累（图3F）。JC-1染色证实，顺铂导致的线粒体去极化在GQ@L凝胶处理后得到显著恢复，线粒体膜电位接近对照组水平（图3G）。细胞凋亡评估显示，GQ@L凝胶将顺铂诱导的凋亡率从高位降低至3.94%，效果优于GQ凝胶（10.11%）（图3H-I）。Western blot分析证实，GQ@L凝胶下调了Bax和cleaved-caspase-3的表达，并上调了Bcl-2表达（图3J-K）。研究表明，GQ@L凝胶通过激活PPARα-Nrf2轴抑制顺铂诱导的铁死亡，从而缓解氧化应激并保护线粒体功能。

图3 GQ@L凝胶的生物相容性与抗氧化评价。（A）不同水凝胶的溶血实验代表性照片；（B）各组水凝胶在不同时间点的凝血代表性图像；（C）不同浓度GQ@L凝胶浸提液处理HK-2细胞后的CCK-8结果；（D）活/死荧光染色图像（Calcein-AM/PI；绿色为活细胞，红色为死细胞）；（E）不同处理组对顺铂诱导损伤HK-2细胞的存活率分析；（F）用于细胞内ROS检测的DCFH-DA荧光成像；（G）用于评估线粒体膜电位的JC-1荧光染色；（H-I）Annexin V-FITC/PI染色的流式细胞术分析及细胞凋亡率定量；（J-K）Bax、Bcl-2和cleaved-caspase-3蛋白表达的Western blot分析。

（4）GQ@L凝胶通过激活PPARα-Nrf2轴抑制顺铂诱导的铁下垂，为AKI治疗提供了机制见解

免疫荧光染色及定量分析显示，顺铂处理导致4-HNE（脂质过氧化标志物）与ACSL4大量积累，并显著下调GPX4、FTH1表达及NRF2的核定位。GQ@L凝胶处理最有效地逆转了上述变化，表现为4-HNE显著减少、GPX4恢复、ACSL4受抑制及FTH1水平提升（图4A-B）。FerroOrange染色进一步证实，GQ@L凝胶能显著降低顺铂诱导的游离Fe²⁺累积（图4C）。通路研究（Western Blot及转录水平分析）显示，顺铂显著上调ACSL4并下调Gpx4、Fth1及Nfe2l2表达；GQ@L凝胶表现出最强的恢复效果，使GPX4和FTH1分别增加2.21倍和3.55倍。加入GW6471（PPARα抑制剂）或ML385（Nrf2抑制剂）后，该凝胶的抗铁死亡作用明显减弱，证明其机制依赖于PPARα-Nrf2-GPX4信号轴的激活。TEM结构验证显示，顺铂组细胞线粒体呈现典型的铁死亡特征（体积缩小、膜密度增加、嵴断裂）；而GQ@L凝胶组线粒体结构基本完整，嵴清晰，接近对照组水平（图4D）综上所述，GQ@L凝胶通过双重机制发挥协同抗铁死亡作用：GQ框架中的儿茶酚基团直接清除自由基以减轻脂质过氧化；同时，ROS响应性释放的GW7647激活PPARα-Nrf2通路，上调GPX4与FTH1并下调ACSL4，从而构建了“抗氧化-铁稳定-线粒体保护”级联反应（图4E）。

图4 GQ@L凝胶体外抑制顺铂诱导铁死亡的效果评估。（A-B）4-HNE、FTH-1、Nrf2、GPX4及ACSL4的免疫荧光图像及定量分析（处理组包括：对照组、顺铂组、GQ凝胶+顺铂组、GQ@L凝胶+顺铂组、GW6471+GQ@L凝胶+顺铂组、ML385+GQ@L凝胶+顺铂组）；（C）用于可视化细胞内Fe²⁺分布的FerroOrange染色；（D）显示HK-2细胞线粒体超微结构的TEM图像；（E）GQ@L凝胶通过PPARα-Nrf2通路调节铁死亡的机制示意图。

（5）水凝胶止血活性及肾修复效果评价

通过建立肾部分切除、断尾、肝划痕及肝部分切除四种出血模型（图5A-B），证实GQ@L凝胶具有显著的止血优势。在肾切除模型中，该凝胶迅速形成致密均匀的屏障，将失血量从3.7 g降至0.3 g，止血时间从1.66 min缩短至0.36 min（图5B-C）。其卓越的止血性能归因于QCS与血细胞/蛋白质的电荷相互作用，以及儿茶酚基团在血液环境中的原位交联与血液触发相变效应，实现了化学粘附与物理栓塞的协同作用。术后14天的形态学观察显示，GQ@L凝胶处理的肾脏表面平滑且无明显坏死或瘢痕收缩（图5D）。H&E染色证实，相比于缝合组明显的肾小管坏死与炎症浸润，GQ@L凝胶组在术后第1天即表现出良好的组织完整性，并在第14天基本恢复正常结构（图5E）。Masson染色进一步显示，该组胶原沉积显著减少，有效抑制了肾纤维化（图5F-G）。TEM线粒体超微结构分析显示（图5H），缝合组线粒体出现嵴断裂与肿胀，而GQ@L凝胶组线粒体膜完整且嵴结构清晰，其形态最接近假手术（Sham）组。结果表明，GQ@L凝胶通过维持线粒体稳态，有效减轻了亚细胞水平的损伤并保护了细胞能量代谢。

图5 肾部分切除术后修复效果的体内评估。（A）肾部分切除及水凝胶填充手术过程示意图；（B）肾部分切除再灌注模型中的出血情况；（C）肾部分切除后出血时间与出血量的定量分析；（D）治疗14天后的肾脏大体形态；（E）治疗后第1天与第14天的肾组织H&E染色；（F-G）治疗后14天肾组织的Masson染色及胶原沉积面积定量分析；（H）治疗后14天肾组织线粒体的TEM超微结构图像。

（6）GQ@L凝胶对急性肾损伤中氧化应激和铁死亡的时间调节作用

在损伤早期（第1天），GQ@L凝胶组NRF2表达提升最显著，而缝合组NRF2受抑。至第14天，GQ@L凝胶组NRF2基本恢复至假手术组水平，实现了长效氧化应激缓解（图6A、D）。同时，该凝胶在第1天即显著上调SLC7A11表达并稳定维持至第14天，有效保护了系统Xc-的功能（图6B、D）。GPX4表达监测证实，GQ@L凝胶组在第14天的恢复最为完整，验证了“PPARα-NRF2-GPX4”轴的持续激活（图6C、D）。普鲁士蓝染色显示，缝合组在第14天出现明显Fe³⁺积累，而GQ@L凝胶组铁水平与假手术组无统计学差异，成功阻断了铁死亡恶性循环（图6E-F）。综上，GQ@L凝胶通过早期清除ROS及后期响应性释放GW7647，使NRF2、SLC7A11、GPX4等铁死亡相关分子在14天内恢复正常，实现了从急性防御到长期稳态修复的全周期保护。

图6 肾修复过程中铁死亡相关抗氧化标志物及铁沉积分析。（A-C）术后第1天与第14天，假手术组、缝合组、GQ凝胶组及GQ@L凝胶组肾组织中NRF2（A）、SLC7A11（B）和GPX4（C）的代表性免疫荧光图像；（D）NRF2、SLC7A11及GPX4的荧光强度定量分析（数据归一化至对照组）；（E）两个时间点肾切片的普鲁士蓝染色，显示Fe³⁺沉积程度；（F）普鲁士蓝阳性面积比的定量分析。

（7）GQ@L凝胶对巨噬细胞极化的调控及对肾血管再生的促进作用

免疫荧光分析显示，术后第1天，缝合组与GQ凝胶组以iNOS阳性的促炎型（M1）巨噬细胞为主；而GQ@L凝胶组的iNOS信号显著减弱，表明其在急性损伤期有效抑制了炎症。至第14天，GQ@L凝胶组CD206阳性的修复型（M2）巨噬细胞信号显著增强，证实该材料促进了巨噬细胞向修复表型的转变（图7A、B、D）。CD34免疫组化结果显示，各组在术后第1天的血管密度相当。至第14天，GQ@L凝胶组损伤区域内检测到大量CD34阳性新微血管，其阳性面积显著高于其他组（图7C、E）。综上所述，GQ@L凝胶通过早期物理屏障作用及后期ROS响应性释放GW7647，协同减轻了氧化应激与铁死亡。这种微环境的改善不仅抑制了持续的促炎信号，还通过激活HIF-1α/VEGF等通路促进了血管新生与功能性巨噬细胞的募集，从而加速了肾组织的结构修复与功能重建。

图7 术后第1天与第14天肾脏巨噬细胞极化及血管新生分析。（A-B）术后第1天与第14天CD206和iNOS的代表性免疫荧光染色图像；（C）术后第1天与第14天CD34的免疫组化染色图像；（D）CD206和iNOS荧光强度的定量分析；（E）CD34阳性血管面积比的定量分析。

（8）GQ@L凝胶介导的急性肾损伤保护机制评价

各组样本间表现出高度相关性（图8A）。差异基因分析显示，相比于缝合组，GQ@L凝胶组中Ppara显著上调，而Acsl4与Hmox1显著下调（图8B）。GO与KEGG富集分析证实，差异基因主要集中在“对氧化应激的响应”、“谷氨酸代谢”、“脂质氧化调节”以及“PPAR信号通路”、“过氧化物酶体”和“铁死亡”等路径（图8C-D）。分层聚类分析显示，GQ@L凝胶组中Gclc、Gclm、Fth1和Ppara显著上调，而Hmox1、Orl1及Tp53下调（图8E）。这表明该凝胶不仅增强了谷胱甘肽合成储备（Gclc/Gclm）和铁螯合能力（Fth1），还通过激活PPARα信号恢复了脂质氧化与能量代谢，同时抑制了由Hmox1介导的游离铁蓄积和Tp53介导的细胞损伤。GSEA分析进一步验证了通路水平的趋势：与能量及脂质代谢相关的通路（PPAR信号、过氧化物酶体、氧化磷酸化、脂肪酸降解等）在GQ@L凝胶组中显著富集（图8F–I）；而炎症相关通路（NF-κB、TNF信号）则主要富集在缝合组。综上所述，转录组数据与体外实验结果高度吻合，证实GQ@L凝胶通过“清除ROS”与“激活PPARα-NRF2轴”的双重作用，系统性地重建了脂质代谢与抗氧化程序，阻断了“脂质过氧化—铁死亡—炎症扩增”级联反应，从而促进肾组织的结构与功能恢复。

图8 急性肾损伤治疗的分层转录组及分子机制分析。（A）各组转录组测序样本间的相关性分析；（B）缝合组与GQ@L凝胶组差异表达基因的火山图；（C）差异表达基因的GO功能富集分析；（D）差异表达基因的KEGG信号通路富集分析；（E）铁死亡及PPAR信号通路相关差异基因的热图；（F-G）RNO03320、RNO04146、RNO00190、RNO04064及RNO00620、RNO00020、RNO00071、RNO04668等路径的GSEA富集评分；（H-I）PPAR信号通路及过氧化物酶体通路的GSEA富集曲线。