《自然·通訊》IF15.7：甘草提取物顯著改善心肌梗死

由上海東方醫(yī)院、同濟大學(xué)醫(yī)學(xué)院、哥倫比亞大學(xué)及北卡羅萊納州立大學(xué)等機構(gòu)聯(lián)合開發(fā)的研究團隊，利用甘草（Glycyrrhiza）的不同部位構(gòu)建了一種雙組分治療系統(tǒng)：從根莖提取的甘草酸（GA）制成功能性水凝膠，從葉片中提取納米葉綠體單元（NCUs）。

該系統(tǒng)在光照下可通過NCUs產(chǎn)生ATP和NADPH，緩解心肌缺血階段的能量耗竭；

同時GA水凝膠在再灌注階段清除過量活性氧，顯著減輕大鼠心肌缺血/再灌注損傷，縮小梗死面積，改善心功能。

該研究實現(xiàn)了植物光合機制在心肌梗死治療中的跨物種應(yīng)用，為心肌梗死的階段性聯(lián)合治療提供了新策略。

相關(guān)成果于2025年8月18日以“Plant-derived hydrogel and photosynthetic nano-units for myocardial infarction therapy”為題在線發(fā)表于 Nature Communications（IF 15.7）。

植物來源水凝膠與光合納米單元用于心肌梗死治療

https://www.nature.com/articles/s41467-025-62020-5

引用格式：

Lv Y, Zhu D, Li J, et al. Plant-derived hydrogel and photosynthetic nano-units for myocardial infarction therapy. Nat Commun. 2025;16(1):7678. Published 2025 Aug 18. doi:10.1038/s41467-025-62020-5

研究介紹

心肌梗死（MI）的梗死面積由缺血損傷和再灌注損傷共同決定。

本研究構(gòu)建了來自甘草的雙組分系統(tǒng)：GA水凝膠（緩解再灌注ROS）和NCUs（光照下提供ATP/NADPH）。

研究方法

本研究構(gòu)建了一個源自甘草的雙組分治療系統(tǒng)，并通過體外和體內(nèi)實驗評估其對心肌梗死的治療作用。

一、 治療組分制備

甘草酸水凝膠（Gel）：

來源：甘草根莖提取的甘草酸。

方法：GA粉末溶于緩沖液，經(jīng)加熱-冷卻過程形成水凝膠。

選擇：確定6 mM為最佳使用濃度，具備良好的生物相容性和可注射性。

納米葉綠體單元（NCU）：

來源：甘草葉片。

方法：分離完整葉綠體，通過膜擠出法將其物理破碎成納米顆粒。

功能：在光照下能產(chǎn)生ATP和NADPH。

已種植的甘草照片

二、 實驗?zāi)Ｐ团c干預(yù)

體外實驗：

模型：利用心肌細胞建立缺氧/復(fù)氧模型，模擬缺血/再灌注損傷。

干預(yù)：設(shè)置對照組、損傷組、GA水凝膠組、NCU組（缺氧期光照） 以及 NCU+水凝膠聯(lián)合組。

體內(nèi)實驗：

干預(yù)：所有治療均通過心包內(nèi)注射給藥。

分為：DPBS對照組

GA水凝膠組

NCU + 光照組

NCU + 水凝膠 + 光照聯(lián)合治療組

模型：在大鼠中通過手術(shù)結(jié)扎冠狀動脈，建立心臟缺血/再灌注模型。

主要研究結(jié)果

1、聯(lián)合治療（NCU + Gel）在體內(nèi)外模型中

均表現(xiàn)出最優(yōu)的協(xié)同療效

在細胞層面，與單用等量的NCU或水凝膠相比，NCU與水凝膠聯(lián)合治療組在缺氧和復(fù)氧階段都表現(xiàn)出更低的細胞損傷。

在大鼠心肌梗死模型中，這種協(xié)同效應(yīng)更為明顯：短期（術(shù)后2小時）即可見心功能（LVEF）改善，長期（第28天）則顯示出最顯著的療效——NCU+Gel+Light組的左室射血分數(shù)最高、心肌梗死面積最小、心電圖QRS波時限延長最少（表明心室重構(gòu)最輕），并且血清心肌損傷標志物（cTnI）水平最低。

單一的NCU（供能）或水凝膠（抗氧化）只能針對心肌梗死病理過程中的一個方面，而將兩者結(jié)合可以實現(xiàn) “1+1 > 2”的協(xié)同效應(yīng)，同時從能量供應(yīng)和氧化損傷兩個根本原因上解決問題，從而實現(xiàn)更全面、更持久的的心臟修復(fù)。

圖7：NCU與GA水凝膠在大鼠I/R模型中的長期療效

圖5j, 5k：體外細胞損傷數(shù)據(jù)，顯示聯(lián)合治療在缺氧和復(fù)氧階段均優(yōu)于單藥組

2、NCU與Gel分別針對缺血與再灌注損傷

NCU的作用：

在缺氧/缺血階段，光照下的NCUs被心肌細胞內(nèi)吞，能有效提升細胞內(nèi)的ATP和NADPH水平，緩解能量危機。

研究表明，缺氧期光照1小時是提升ATP的最佳窗口，而在復(fù)氧期光照反而因加劇ROS產(chǎn)生而有害。

GA水凝膠的作用：

在復(fù)氧/再灌注階段，水凝膠通過上調(diào)細胞內(nèi)的抗氧化蛋白（GSS和GPX1），高效清除過量ROS，并顯著降低細胞凋亡（Cleaved Caspase-3表達下降）。

體內(nèi)實驗證實，水凝膠的治療效果隨時間延長而增強。

該治療策略的核心優(yōu)勢在于其分階段協(xié)同作用：NCU靶向缺血期的能量耗竭進行精準供能，而GA水凝膠針對再灌注期的氧化應(yīng)激實施主動清除。

這種時序精準的協(xié)同干預(yù)機制，突破了傳統(tǒng)單一給藥的局限性，為心肌保護提供了新范式。

圖5b, 5c：展示NCU在缺氧期提升ATP的劑量和時間依賴性效應(yīng)

圖3：GA水凝膠降低H/R誘導(dǎo)的ROS生成與細胞死亡

3、良好的安全性與可行性

安全性：

NCUs與細胞共培養(yǎng)未見毒性；

GA水凝膠在大鼠心包腔內(nèi)約14天完全降解，且未引起顯著的免疫細胞浸潤。

28天的血液生化及全血細胞計數(shù)分析證實該系統(tǒng)未引發(fā)全身性毒性、免疫排斥或過敏反應(yīng)。

可行性：

研究證實，有效治療劑量的紅光能穿透大鼠胸壁。

同時，研究采用了心包內(nèi)注射這一具有臨床基礎(chǔ)的給藥方式，并指出已有針對該途徑設(shè)計的鈍頭隱蔽針心包接入設(shè)備在臨床試驗中展現(xiàn)出良好安全性，為未來在救護車等院前場景中干預(yù)缺血階段奠定了基礎(chǔ)。

結(jié)論

本研究開發(fā)了一種來自甘草的雙組分治療系統(tǒng)，結(jié)合心包內(nèi)給藥途徑，在體內(nèi)有效緩解了缺血與再灌注損傷。

這種針對雙階段的干預(yù)策略被證明比單獨治療任一階段更為有效，為心肌梗死的治療提供了有前景的新方向。

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