该研究由西南民族大学动物医学学院、西南民族大学青藏高原研究院、四川省高校兽医医学重点实验室的王璐（Lu Wang）、杨小龙（Xiaolong Yang）、安晓芳（Xiaofang An）等人，以及中国科学技术大学精准与智能化学重点实验室的方舸（Ge Fang）和西南民族大学青藏高原研究院的戴涛（Tao Dai）共同完成。研究发表于 *Journal of Advanced Research*，2026年在线发表。

一、研究背景

炎症性肠病（inflammatory bowel disease, IBD）是一种以活性氧（reactive oxygen species, ROS）过度累积、免疫失调和肠屏障功能受损为特征的慢性胃肠道炎症性疾病，全球患病率持续上升。现有临床治疗手段（如5-氨基水杨酸、免疫抑制剂和生物制剂）抗炎效果有限，且长期使用存在耐药和免疫相关并发症风险。蒙脱石（montmorillonite, MMT）作为一种天然铝硅酸盐黏土，在临床上被用于胃肠道保护，因其表面负电荷可选择性黏附于炎症结肠、促进上皮完整性和调节肠道菌群，但缺乏固有的抗炎和ROS清除能力，限制了其在IBD治疗中的潜力。基于此，该研究旨在将金属氧化物纳米酶整合到MMT平台上，构建一个多功能黏土基纳米酶体系，通过系统筛选获得最优复合材料，并评估其在葡聚糖硫酸钠（dextran sulfate sodium, DSS）诱导的急性结肠炎模型中的治疗效果，从而为IBD的多靶点治疗提供新策略。

二、研究流程与方法

研究首先通过原位沉积法构建了MMT负载金属氧化物（MMT@MₓOy）复合材料库，选取了具有代表性的氧化还原活性金属氧化物，包括MnO₂、CeO₂、CuO、Fe₃O₄、Co₃O₄和MoO₃。所有复合材料以相同摩尔金属离子前体量制备，并通过透射电子显微镜、X射线衍射、X射线光电子能谱等手段进行结构和价态表征。随后，对复合材料库进行了ROS清除能力和类酶活性的系统筛选，包括类过氧化氢酶（catalase-like, CAT-like）、类超氧化物歧化酶（superoxide dismutase-like, SOD-like）活性、羟基自由基（•OH）清除能力、类谷胱甘肽过氧化物酶（glutathione peroxidase-like, GPx-like）活性以及电化学循环伏安法测定界面电子转移行为。在确定MnO₂为最优活性组分后，进一步通过改变MMT与锰前体的质量比（54:1、54:2、54:4、54:9、54:15）制备系列MMT@MnO₂复合材料，以类酶活性和•O₂⁻、•OH清除活性为指标优化配方。最优配方（54:4）随后进行了详细的形貌、元素分布、锰价态分析、酶动力学参数测定、模拟肠液稳定性评估和锰离子释放检测。体外实验中，采用Caco-2细胞（人结直肠腺癌细胞）评估细胞毒性、对H₂O₂诱导氧化损伤的保护作用及细胞内ROS清除能力；采用脂多糖（lipopolysaccharide, LPS）刺激的RAW 264.7巨噬细胞模型评估抗炎活性和巨噬细胞表型重塑作用，并通过流式细胞术检测CD86（M1标志）和CD206（M2标志）表达，通过ELISA检测细胞因子水平。体内实验中，采用雄性C57BL/6小鼠（6–8周龄）建立3% DSS诱导的急性结肠炎模型，小鼠随机分为5组（每组n=8）：对照组、DSS组、DSS+MMT组（20 mg/kg，灌肠）、DSS+MMT@MnO₂组（20 mg/kg，灌肠）和DSS+5-ASA组（200 mg/kg，口服阳性对照）。每日记录体重和疾病活动指数（disease activity index, DAI），实验结束后测量结肠长度，进行H&E染色和PAS染色评估组织损伤和黏液屏障，通过ELISA测定结肠组织中TNF-α、IL-6、IL-10、髓过氧化物酶（myeloperoxidase, MPO）、丙二醛（malondialdehyde, MDA）水平及SOD、CAT活性，通过免疫荧光染色检测巨噬细胞极化和紧密连接蛋白（ZO-1、Occludin）分布。机制研究方面，对对照组、DSS组和MMT@MnO₂组的结肠组织进行RNA测序（每组3个生物学重复），通过差异表达基因分析、KEGG通路富集和基因集富集分析鉴定相关通路，并用qRT-PCR和Western blot验证关键基因和蛋白表达。肠道菌群分析采用16S rRNA基因测序（每组5只小鼠），评估α多样性（Chao1、Shannon指数）、β多样性、门和科水平的组成变化，通过LEfSe分析筛选差异分类群，并利用Pearson相关性分析评估菌属与炎症因子和屏障标志物的关联。

三、主要结果

在复合材料库筛选中，MMT@MnO₂在所有MMT@MₓOy复合材料中表现出最强的整体ROS清除性能，且在金属氧化物负载量归一化后仍保持最高比活性。电化学测试显示，MMT@MnO₂在约0.3–0.6 V范围内具有明确的氧化还原峰，峰电流高于其他复合材料，表明其界面电荷转移效率更高、氧化还原可逆性更好。对照实验表明，MMT@MnO₂的类酶活性显著高于纯MMT或游离MnO₂，证明MMT载体与MnO₂纳米酶的协同增强作用。最优配方MMT@MnO₂（54:4）保留了MMT的层状结构，MnO₂均匀分布，且具有最高的SOD-CAT级联活性。酶动力学分析确认了其类CAT和类SOD活性，模拟肠液孵育后类酶活性无显著下降，ICP-MS分析显示锰释放量低，表明MMT载体能有效保护MnO₂免受肠道酸性环境分解。体外实验中，MMT@MnO₂显著减轻H₂O₂诱导的Caco-2细胞毒性，降低细胞内ROS水平，且在100 μg/ml浓度下细胞存活率仍高于90%，溶血率低于2%。在LPS刺激的RAW 264.7巨噬细胞中，MMT@MnO₂处理使M1型巨噬细胞比例从33.64%降至15.71%，M2型比例从0.62%升至14.06%，并降低TNF-α、IL-6和IL-1β水平，升高IL-10水平；补充H₂O₂的回补实验部分逆转了表型变化，提示ROS清除参与但并非免疫调节的唯一机制。体内实验中，DSS处理导致小鼠体重显著下降、DAI评分升高、结肠缩短、组织学损伤和杯状细胞丢失。与DSS组相比，MMT@MnO₂治疗显著减轻体重下降、降低DAI评分、保持结肠长度、改善组织学结构并恢复PAS阳性黏液染色，其改善趋势接近口服5-ASA组。免疫荧光和ELISA结果显示，MMT@MnO₂降低结肠CD86⁺巨噬细胞浸润，增加CD206⁺巨噬细胞，减少TNF-α和IL-6水平，增加IL-10水平，降低MPO活性，恢复SOD和CAT活性，并增强ZO-1和Occludin的连续表达。转录组分析显示，MMT@MnO₂处理显著改变与吞噬体、Rap1信号和NF-κB信号相关的通路。Western blot验证了NF-κB p65磷酸化水平在MMT@MnO₂组下降；qRT-PCR确认吞噬体相关基因（Csf1、Fasl）和Rap1相关修复基因（Pdgfra、Id1、Fgf10、Col1a1）上调；Western blot显示MMT@MnO₂恢复DSS抑制的ERK1/2表达。16S rRNA测序表明，DSS降低菌群α多样性，MMT@MnO₂处理部分恢复Chao1和Shannon指数，并使β多样性向对照组偏移。在科水平上，MMT@MnO₂增加Muribaculaceae丰度、降低Enterobacteriaceae丰度；LEfSe分析进一步显示其减少Escherichia-Shigella等失调相关类群。相关性分析显示，Akkermansia、Lactobacillus、Bifidobacterium、Roseburia等有益菌属与ZO-1和Occludin表达正相关，而Escherichia-Shigella等与促炎因子正相关。

四、结论

该研究通过理性构建和系统筛选MMT负载金属氧化物纳米酶库，鉴定出MMT@MnO₂为最优候选物。在DSS诱导的急性结肠炎模型中，MMT@MnO₂通过清除ROS、抑制NF-κB相关炎症信号、促进巨噬细胞向抗炎修复表型重塑、恢复Rap1/ERK相关上皮修复通路以及改善肠道菌群失调，多靶点协同缓解结肠炎。研究建立了一个基于电子转移行为指导的黏土基纳米治疗平台的设计框架，为IBD及其他炎症性疾病的局部纳米治疗策略提供了基础和候选方案。其科学价值在于将材料级氧化还原优化与体内炎症微环境调控相结合，应用价值在于为IBD局部治疗提供了潜在的可转化纳米药物平台。

五、研究亮点

该研究的亮点包括：（1）首次系统构建MMT负载多种金属氧化物的复合材料库，并通过载荷归一化活性和电化学电子转移行为筛选出最优组分；（2）揭示了MMT载体与MnO₂纳米酶之间的协同增强机制；（3）将MMT@MnO₂的多靶点治疗效果与NF-κB、吞噬体和Rap1/ERK信号通路联系起来，提供了从氧化应激调控到免疫重塑和上皮修复的完整机制框架；（4）证明了MMT@MnO₂在模拟肠液中具有良好稳定性，且灌肠给药在体内表现出良好的短期生物相容性。此外，该研究也明确指出DSS急性模型、灌肠给药途径和相关性菌群分析的局限性，为后续慢性模型验证、口服制剂开发和因果机制研究提供了明确方向。