针对上述问题，广州中医药大学邹川团队创新性地将光热材料与纳米氧化铜微球负载于水凝胶体系中，构建了兼具抗菌与免疫调节功能的复合水凝胶。该系统在近红外光激发下可通过光热效应快速杀灭牙周致病菌，同时纳米氧化铜微球持续释放铜离子，调控炎症因子分泌并重塑牙周组织免疫微环境。此外，研究深入探讨了牙周病与慢性肾病的潜在关联，实现了对牙周病-慢性肾病联合病变的源头阻断与损伤修复。该研究不仅阐明了牙周病与慢性肾病之间的相互干扰机制，也为系统性疾病与局部治疗策略的整合提供了新的理论基础。该文章于2026年5月3日以《Multifunctional CHB@CM hydrogel for periodontal therapy attenuates the progression of periodontitis-aggravated chronic kidney disease by regulating the TLR2/4/NF-κB signaling pathway》为题发表于《Chemical Engineering Journal》（DOI：10.1016/j.cej.2026.176990）。

示意图1. CHB@CM水凝胶用于牙周炎/慢性肾病（PD/CKD）治疗的机理示意图。(A) CHB@CM水凝胶制备流程图；(B) 牙周炎（PD）与慢性肾病（CKD）的串扰机制；(C) CHB@CM水凝胶治疗牙周炎进而缓解慢性肾病的作用机制。

（1）基于转录组测序筛查牙周炎与慢性肾病之间的串扰机制

为探究牙周病（PD）与慢性肾病（CKD）的交互作用，分别建立了单纯CKD模型和PD-CKD复合模型，并对肾组织进行转录组测序。PCA分析（图1A）显示两组沿PC1轴明显分离，表明PD-CKD模型具有独特的转录组特征。火山图（图1B）显示PD-CKD组较CKD组有307个基因显著上调、354个基因显著下调。热图（图1C）显示Hif1a、Cebpb、Serpinb1和Dusp7等基因在PD-CKD组中显著上调。KEGG通路富集分析（图1D）显示差异基因主要富集于TGF-β信号通路、ECM-受体相互作用、MAPK信号通路和NF-κB信号通路。GO功能富集分析（图1E）显示差异基因显著参与细胞外空间调控、发育过程、细胞外基质和信号受体配体活性等。GSEA分析（图1F-G）显示免疫效应过程调控和氧化应激反应通路高度富集。肾组织LPS浓度定量分析（图1H）显示PD-CKD组显著高于CKD组。免疫荧光染色显示CKD模型中IL-6信号较弱（图1I），而PD-CKD组荧光强度显著增强；TNF-α在CKD模型中表达较低，在PD-CKD组中显著上调且集中于炎症区域（图1J）。Western blot分析（图1K）显示PD-CKD组p-p65、TNF-α和IL-6的条带密度明显增强，IκBα条带密度减弱，证实NF-κB通路激活增强。上述结果表明，PD-CKD模型中牙龈卟啉单胞菌来源的LPS诱导NF-κB/TLR4轴激活，导致IκBα降解、p65磷酸化及核转位，进而促进IL-6和TNF-α等促炎因子转录增强，揭示了牙周病通过LPS介导加剧CKD进展的分子机制，支持靶向牙周病的水凝胶系统可减轻LPS诱导的肾脏转录组紊乱，从而对肾组织发挥抗炎保护作用。

图1. 慢性肾病（CKD）及牙周炎合并慢性肾病（PD-CKD）模型治疗靶点的转录组测序筛选。(A) 单纯慢性肾病（CKD）组与牙周炎-慢性肾病（PD-CKD）组的主成分分析（PCA）；(B) CKD组与PD-CKD组差异表达基因的火山图；(C) 差异表达基因热图；(D) KEGG通路富集分析；(E) 基因本体（GO）功能富集分析；(F) 免疫效应过程调控的基因集富集分析（GSEA）；(G) 氧化应激应答的基因集富集分析（GSEA）；(H) 肾组织中脂多糖（LPS）含量定量分析；(I) 肾组织IL-6免疫荧光染色；(J) 肾组织TNF-α免疫荧光染色；(K) 肾组织NF-κB通路相关蛋白的Western blot（蛋白印迹）分析。

（2）MXene@CuO的合成与表征

MXene@CuO复合材料通过Cu²⁺原位吸附及热处理制备。SEM图像（图2A）显示纯CuO为不规则团聚颗粒，MXene呈层状结构，而MXene@CuO表面均匀分布CuO纳米颗粒，证实CuO在MXene基底上原位生长成功。元素分布 mapping（图2B）显示Ti、C、O、Cu元素均匀分散，Cu信号与MXene轮廓精确重叠。XRD分析（图2C）显示MXene@CuO保留了CuO和MXene的特征衍射峰，未出现额外峰，表明合成成功且晶相结构未改变；CuO特征峰位于32.4°、35.5°、38.7°、48.8°、53.4°、58.2°、61.6°、66.2°、68.1°和75.0°，MXene特征峰位于12.3°、33.8°、38.6°、39.4°、45.0°、53.1°和60.6°。XPS光谱（图2D）显示C、O、Ti、Cu元素存在，Cu以+2价态存在。C 1s谱（图2E）在284.6 eV（C-C）和286.2 eV（C-O）处出峰；Ti 2p谱（图2F）在457.5 eV（Ti-C）和463.3 eV（Ti-O）处出峰；O 1s和Cu 2p谱（图2G-H）拟合为528.9 eV（金属氧化物）和530.8 eV（吸附氧）组分，表明CuO与MXene之间形成Ti-O-Cu界面键。光热性能测试（808 nm，1 W/cm2）显示（图2I），纯水升温小于5 ℃，而1.0 mg/mL MXene@CuO分散液升温约30 ℃，5分钟内快速达到平台温度，升温幅度呈浓度依赖性。循环稳定性测试（图2J）显示1.00 mg/mL组经5次NIR开关循环（每次10分钟），升温幅度保持稳定，峰值温度接近55 ℃，无衰减。开关循环曲线（图2K）显示温度响应迅速且无滞后。

图2. MXene@CuO 的化学结构表征。(A) CuO、MXene及MXene@CuO的扫描电镜（SEM）图像；(B) MXene@CuO元素分布映射图；(C) CuO、MXene及MXene@CuO的X射线衍射（XRD）图谱；(D) MXene@CuO的X射线光电子能谱（XPS）全谱；(E) MXene@CuO的C 1s高分辨XPS谱图；(F) MXene@CuO的Ti 2p高分辨XPS谱图；(G) MXene@CuO的O 1s高分辨XPS谱图；(H) MXene@CuO的Cu 2p高分辨XPS谱图；(I) 不同浓度MXene@CuO的光热升温曲线；(J) MXene@CuO的升降温循环曲线；(K) MXene@CuO开关循环温度变化曲线。

（3）ColMA-PBA/HANB水凝胶的制备与表征

MXene@CuO负载于可注射ColMA-PBA/HANB水凝胶中以延长滞留效果。¹H NMR光谱显示（图3A-B），ColMA-PBA在δ=7.44、7.62 ppm（PBA苯环）和δ=5.34、5.58 ppm（甲基丙烯酰双键）处出现新峰；HANB在δ=7.26、7.75 ppm处出现邻硝基苄醇特征信号，证实各组分修饰成功。凝胶化监测（图3C）显示3% HANB组30秒内形成稳定凝胶，在凝胶化时间与机械强度间达到最佳平衡。流变学测试显示（图3D-F），各组储能模量G'始终大于损耗模量G"，3%组G'稳定在20–30 Pa；高应变下G" > G'呈剪切变稀特性。SEM观察（图3G）显示3% HANB组具有适中孔径和高互连多孔网络。粘附测试（图3H）显示水凝胶对多种器官具有强粘附性。抗氧化评估显示（图3I-L），负载MXene@CuO的水凝胶对DPPH、ABTS、·OH和·O₂-的清除效果显著，吸光度明显降低，ROS清除能力增强。累积释放曲线（图3M-N）显示，BMP2在24小时突释后持续缓慢释放，336小时累积释放率39.3%；Cu释放趋势相似，336小时累积释放率71.4%，两者均符合一级释放动力学模型并逐渐达到释放平衡。

图3. ColMA-PBA/HANB 水凝胶的理化性能表征。(A) Col、Col-PBA及ColMA-PBA的核磁共振氢谱（1H NMR）；(B) HA与HANB的核磁共振氢谱（1H NMR）；(C) 水凝胶凝胶化过程实物图；(D) 水凝胶流变时间扫描曲线；(E) 水凝胶流变频率扫描曲线；(F) 水凝胶流变应变扫描曲线（高、低应变条件）；(G) 水凝胶扫描电镜（SEM）形貌图；(H) 水凝胶对内脏组织粘附性能实物表征图；(I) 水凝胶DPPH自由基清除性能；(J) 水凝胶ABTS自由基清除性能；(K) 水凝胶羟基自由基（・OH）清除性能；(L) 水凝胶超氧阴离子自由基（・O2-）清除性能；(M) 水凝胶中BMP-2的累积释放曲线；(N) 水凝胶中铜离子（Cu²⁺）的累积释放曲线。

（4）CHB@CM水凝胶的抗菌性能及生物膜清除效果评价

各水凝胶对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和牙龈卟啉单胞菌的抗菌活性评估显示，CHB@CM+NIR组几乎无菌落，对三种菌株抗菌率均超98%（图4A），NIR光热效应显著增强Cu离子释放的杀菌效果。SEM观察（图4B）显示CHB@CM+NIR组细菌膜破裂、胞质泄漏最严重；活/死染色（图4C）显示该组几乎全为红色荧光。生物膜清除效果中，结晶紫染色（图4D）显示CHB@CM+NIR组仅残留少量破损生物膜。激光共聚焦观察显示，大肠杆菌（图4E）、金黄色葡萄球菌（图4F）和牙龈卟啉单胞菌（图4G）生物膜在CHB@CM+NIR组均呈主导红色荧光，证实该联合体系有效清除革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌及厌氧菌生物膜。结果表明，负载CuO@MXene的水凝胶通过Cu离子释放和ROS产生实现广谱抗菌，NIR光热协同进一步破坏细菌膜结构，有效减少牙龈卟啉单胞菌LPS产生，从而降低其对慢性肾病的影响。

图4. 水凝胶的体外抗菌性能评价。(A) 大肠杆菌、金黄色葡萄球菌及牙龈卟啉单胞菌的菌落平板计数图；(B) 细菌扫描电镜（SEM）图像，红色箭头标示细菌破损位点；(C) 细菌活/死荧光染色图；(D) 生物膜结晶紫染色图；(E) 大肠杆菌生物膜共聚焦活/死染色图；(F) 金黄色葡萄球菌生物膜共聚焦活/死染色图；(G) 牙龈卟啉单胞菌生物膜共聚焦活/死染色图。

（5）CHB@CM水凝胶的生物相容性及免疫调控效应评价

活/死染色（图5A）显示，随培养时间延长，绿色荧光密度和强度显著增强，未见红色荧光。F-actin和DAPI染色分析BMSCs在水凝胶上1、2、3天的粘附与铺展（图5B），各组均未对细胞形态或粘附产生不良影响，细胞骨架结构清晰且高度伸展。Matrigel实验评估水凝胶对血管生成的影响（图5C），CHCM和CHB@CM组形成管状网络，呈绿色染色的相互连接的管状结构。定量分析分支点、连接数和总管长度（图5D-F），CHCM和CHB@CM组均显著高于对照组。体外验证水凝胶对BMSC迁移的影响（图5G-H），对照组30 h划痕愈合率为72.94%，CHCM和CHB@CM组愈合率接近100%。免疫荧光染色（图5I）和流式细胞术（图5J）显示水凝胶对巨噬细胞极化的影响：CHCM和CHB@CM组M1标志物CD86（红色）信号显著减弱，M2标志物CD206（绿色）信号明显增强。LPS刺激组CD86阳性细胞比例高达27.74%，CHB@CM组降至1.99%，CD206阳性细胞增至17.80%，远超其他组。上述结果表明CHB@CM水凝胶通过抑制促炎M1极化、促进抗炎M2极化，有效减轻炎症反应，有利于牙周组织修复和慢性炎症缓解。

图5. 水凝胶的生物相容性及体外抗炎性能评价。(A) 不同水凝胶培养骨髓间充质干细胞（BMSCs）的活/死染色；(B) 不同水凝胶培养条件下BMSCs的细胞粘附与铺展形态；(C) 人脐静脉内皮细胞（HUVECs）在基质胶上培养24 h形成管状结构的典型荧光图像；(D) 管状结构分支点数量定量分析；(E) 管状结构连接点数量定量分析；(F) 管状总长度定量分析；(G) 划痕愈合实验表征不同水凝胶处理后BMSCs的细胞迁移能力；(H) 不同时间点划痕面积占比的定量分析；(I) RAW264.7巨噬细胞免疫荧光染色，表征细胞极化状态；(J) 流式细胞术检测RAW264.7巨噬细胞表面M1标志物CD86、M2标志物CD206的表达水平。

（6）CHB@CM水凝胶体外促成骨分化作用

为评估复合水凝胶的成骨潜能，将BMSCs培养于不同水凝胶浸提液中。ALP染色及定量分析（图6A、C）显示，第14天CHB和CHB@CM组紫色染色显著强于其他组，ALP活性约为CH组的5.3倍，CHCM组无显著改善，表明单独MXene@CuO对早期成骨无明显促进作用。茜素红染色及定量分析（图6B、D）显示，第14天CHB和CHB@CM组形成大量钙结节，红色矿化结节密度显著高于其他组，钙沉积量为CH组的15.4倍。免疫荧光染色验证蛋白表达水平：I型胶原（Col-1）结果（图6E、H）显示CHB@CM组绿色荧光最强，荧光强度为CH组的26.6倍；ALP（图6F、I）和OCN（图6G、J）信号在CHB@CM组最显著，分别较CH组提高25.0倍和26.3倍。Western blot分析（图6K、L）显示CHB@CM组成骨标志物（Col-1、ALP、OCN）显著上调。上述结果表明CHB@CM复合水凝胶通过增强ALP活性、促进基质矿化及上调成骨标志物表达，显著促进BMSCs成骨分化。

图6. 水凝胶的体外成骨促进作用评价。(A) 培养第14天碱性磷酸酶（ALP）染色典型图像；(B) 培养第14天茜素红染色典型图像；(C) 碱性磷酸酶（ALP）活性定量统计结果；(D) 茜素红染色定量统计结果；(E) I型胶原蛋白（COL1）免疫荧光染色典型图像；(F) 碱性磷酸酶（ALP）免疫荧光染色典型图像；(G) 骨钙素（OCN）免疫荧光染色典型图像；(H) COL 1荧光强度定量统计结果；(I) ALP荧光强度定量统计结果；(J) OCN荧光强度定量统计结果；(K) 成骨相关蛋白（COL1、ALP、OCN）表达的蛋白质印迹分析；(L) 蛋白印迹条带灰度值定量统计结果。

（7）CHB@CM水凝胶促进PD-CKD模型中牙周炎的修复

在大鼠牙周病-慢性肾病复合模型中，于牙周缺损处注射不同水凝胶评估CHB@CM的体内修复效果。Micro-CT及三维重建（图7A）显示，第2周对照组和CH组牙槽骨吸收严重，CHB@CM+NIR组新骨几乎填满缺损区；第4周该组缺损几乎完全修复，骨结构致密。BV/TV、骨小梁厚度及CEJ-ABC定量分析（图7B-D）显示，CHB@CM+NIR组第4周接近正常水平，CEJ-ABC距离明显缩短。H&E染色（图7E）显示第4周CHB@CM+NIR组炎症完全消退，组织形态最接近正常组。免疫荧光染色评估巨噬细胞极化（图7F），第2周对照组和CH组CD86密集（M1主导），CHB@CM和CHB@CM+NIR组出现M2极化转变。血管生成标志物CD31和α-SMA染色（图7G）显示，第2周CHB@CM和CHB@CM+NIR组新生血管显著增加、形成成熟管状结构；第4周CHB@CM+NIR组血管网络致密，管径接近正常组。成骨标志物ALP、OCN和Runx2染色（图7H）显示，第2周CHB@CM和CHB@CM+NIR组荧光显著增强，提示早期成骨分化激活；第4周CHB@CM+NIR组强度最高，骨矿化成熟最佳。综上，基础CH水凝胶修复效果有限；CHB@CM通过诱导M2极化、促进血管生成和成骨分化实现牙周组织修复，NIR光热协同增强疗效且无组织损伤。

图7. 牙周炎-慢性肾病大鼠模型的牙周修复效果评价。(A) 不同实验组牙周组织CT图像及三维重建图；(B) 骨体积分数（BV/TV）定量分析；(C) 骨小梁厚度（Tb.Th）定量分析；(D) 釉牙骨质界-牙槽骨嵴顶距离（CEJ-ABC）定量分析；(E) 术后4周牙周组织苏木精-伊红（HE）染色图；(F) 术后2周牙周组织CD86、CD206免疫荧光染色图；(G) 术后2周、4周牙周组织α-SMA与CD31免疫荧光染色图；(H) 术后4周牙周组织ALP、OCN及Runx2免疫荧光染色图。

（8）CHB@CM水凝胶通过治疗牙周炎缓解慢性肾病的炎症水平

在大鼠牙周病-慢性肾病复合模型中，应用不同水凝胶治疗牙周病后评估肾组织及功能。肾组织H&E和Masson染色（图8A）显示，对照组和CH组炎症细胞浸润严重伴间质纤维化，CHB@CM和CHB@CM+NIR组炎症浸润减少、组织结构明显改善、纤维化逆转，形态接近正常组。IL-6免疫荧光染色（图8B）显示，第2周和第4周对照组和CH组荧光强度高，CHB@CM和CHB@CM+NIR组荧光弱。荧光强度定量分析（图8C）证实CHB@CM水凝胶有效降低IL-6表达。肾组织LPS浓度测定（图8D）显示，对照组达7.3 ng/mL，CHB@CM+NIR治疗后降至6.3 ng/mL，表明牙周病治疗有效降低全身LPS负荷。血清肌酐（CREA）浓度（图8E）显示，对照组为91.2 μmol/L，CHB@CM+NIR治疗后降至55.5 μmol/L，肾功能改善。4-羟基壬烯醛（4-HNE）染色评估肾组织氧化应激水平（图8F），第2周对照组和CH组荧光强度高（严重脂质过氧化），CHB@CM和CHB@CM+NIR组显著减弱；第4周荧光强度接近正常组。4-HNE荧光强度定量分析（图8I）显示，对照组最高，CHB@CM+NIR组最低。TLR-2和TLR-4免疫荧光染色（图8G、H）显示，对照组和CH组第2周和第4周荧光信号密集，CHB@CM和CHB@CM+NIR组信号稀疏、接近正常组水平，表明LPS与TLR受体结合减弱。荧光强度定量分析（图8J、K）进一步证实上述结果。

图8. 牙周炎-慢性肾病大鼠模型的肾组织修复效果评价。(A) 术后2周肾组织HE染色与马松三色染色；(B) 术后2周、4周肾组织IL-6免疫荧光染色；(C) IL-6免疫荧光强度定量分析；(D) 肾组织中脂多糖（LPS）含量定量检测结果；(E) 血清中肌酐（CREA）浓度定量检测结果；(F) 术后2周、4周肾组织4-HNE免疫荧光染色；(G) 术后2周、4周肾组织TLR-2免疫荧光染色；(H) 术后2周、4周肾组织TLR-4免疫荧光染色；(I) 4-HNE荧光强度定量分析；(J) TLR-2荧光强度定量分析；(K) TLR-4荧光强度定量分析。

（9）转录组测序验证牙周炎与慢性肾病之间的串扰机制

为验证CHB@CM+NIR治疗组对牙周病-慢性肾病模型肾组织的修复效果，对肾组织进行转录组测序分析。韦恩图（图9A）显示两组共有13,155个基因表达，对照组特有359个，CHB@CM+NIR组特有277个，表明该治疗诱导部分基因重编程。火山图（图9B）显示，与对照组相比，CHB@CM+NIR组有285个基因显著上调、460个基因显著下调。基因表达聚类分析环形热图（图9C）显示，治疗组炎症相关基因Psen2、Itk、Casp4和Kitlg明显下调，促炎基因簇在对照组表达更高。KEGG通路富集分析（图9D）显示，治疗相关信号通路包括NF-κB信号通路、TNF信号通路、NOD样受体信号通路和MAPK信号通路，均与炎症消退和免疫调节显著相关，其中NF-κB信号通路在LPS-TLR2/4介导的慢性肾病进展中起关键作用。GO功能富集分析（图9E）主要涉及多细胞生物过程调控、炎症反应和信号受体配体活性等。GSEA分析（图9F-H）显示与NF-κB信号通路、HIF-1信号通路和AMPK信号通路强相关，共同驱动抗炎和肾脏保护效应转变。上述结果表明，CHB@CM+NIR通过靶向治疗牙周病抑制牙龈卟啉单胞菌LPS产生，进而调控LPS-TLR2/4介导炎症和氧化应激中的NF-κB信号通路，为牙周病与慢性肾病的关联提供理论基础，并为慢性肾病治疗提供新方向。

图9. 基于转录组测序的修复机制验证。(A) 对照组与CHB@CM+近红外（NIR）处理组差异表达基因（DEGs）韦恩图；(B) 对照组与CHB@CM+近红外处理组差异表达基因火山图；(C) 基因表达环形热图；(D) KEGG通路富集分析；(E) GO功能富集分析；(F) NF-κB信号通路的GSEA基因集富集分析；(G) HIF-1信号通路的GSEA基因集富集分析；(H) AMPK信号通路的GSEA基因集富集分析。