负载毛蕊花糖苷的自愈合水凝胶通过调节毛囊干细胞增强皮肤伤口愈合
皮肤创伤愈合是一个复杂的生物学过程，涉及细胞、分子和生理事件的协调。尽管传统治疗方法在一定程度上能够促进伤口闭合，但在慢性伤口或复杂创伤环境中，治疗效果往往不尽如人意。特别是在感染和炎症反应的控制方面，传统方法存在显著局限性。近年来，随着生物医学领域的快速发展，自修复水凝胶因其优异的物理化学性质和生物相容性，逐渐成为促进创伤愈合的研究热点。此外，天然化合物acteoside（毛蕊花苷）因其抗氧化、抗炎和促进细胞增殖的特性，显示出在加速伤口愈合、减少瘢痕形成方面的潜力。然而，如何将acteoside有效递送至创伤部位并调控其生物学功能，仍是当前研究的难点。
本研究的核心目标是开发一种负载acteoside的自修复水凝胶，通过调控毛囊干细胞（HFSCs）的功能，促进皮肤创伤愈合。研究不仅探索了acteoside的分子机制，还验证了其在动物模型中的实际应用效果，为皮肤创伤治疗提供了新的策略。
论文来源
本论文由Junyu Liu、Hua Wang和Caihua Zhang共同完成，分别来自Shandong Ruixin Pharmaceutical Company和Shandong Luoxin Pharmaceutical Group Stock Company。论文于2025年3月18日被接受，并发表在Cellular and Molecular Bioengineering期刊上，DOI为10.1007/s12195-025-00845-2。
研究流程与结果
1. 转录组分析与目标基因筛选
研究首先从Gene Expression Omnibus (GEO)数据库下载了与皮肤创伤相关的转录组数据集（GSE28914、GSE50425和GSE23006），并利用limma包进行差异基因表达分析。通过功能富集分析，研究者发现acteoside可能通过调控Rab31基因影响皮肤愈合过程。进一步的分子对接实验表明，acteoside与Rab31的结合能最低（-9.6 kcal/mol），提示其可能通过Rab31发挥作用。
2. 单细胞转录组测序与细胞类型注释
为了验证Rab31在皮肤创伤愈合中的具体作用，研究者分析了小鼠皮肤创伤的单细胞转录组数据集（GSE186527）。通过Seurat软件包对数据进行标准化和聚类分析，研究者发现Rab31在毛囊干细胞（HFSCs）和成纤维细胞中高表达。这一结果提示，Rab31可能在HFSCs的增殖、迁移和分化过程中发挥关键作用。
3. HFSCs的分离与功能验证
研究者从小鼠背部皮肤中分离出HFSCs，并通过流式细胞术和免疫荧光染色进行鉴定。体外实验表明，Rab31的过表达显著促进了HFSCs的增殖和迁移，而Rab31的沉默则抑制了这些功能。Western blot分析进一步证实，Rab31的调控影响了HFSCs的分化标志物（如α6-integrin和CK10）的表达。
4. 自修复水凝胶的制备与表征
研究者开发了一种基于季铵化壳聚糖衍生物（QCS）的自修复水凝胶，用于负载acteoside。通过动态硼酸酯键的形成，水凝胶表现出优异的机械性能和自修复能力。流变学测试表明，水凝胶在剪切应力下表现出剪切稀化行为，且在生理pH条件下能够快速恢复其结构。此外，水凝胶的pH敏感性使其在酸性环境中能够快速释放acteoside，适用于感染性创伤的治疗。
5. 水凝胶的抗菌与抗氧化性能评估
体外实验表明，负载acteoside的水凝胶对Escherichia coli和Staphylococcus aureus均表现出显著的抗菌活性。此外，水凝胶还显示出强大的自由基清除能力，能够有效减少创伤部位的氧化应激反应。
6. 动物模型验证
在小鼠皮肤创伤模型中，负载acteoside的水凝胶显著加速了伤口愈合过程。组织学分析显示，水凝胶治疗组的上皮化率和胶原沉积显著高于对照组。RT-qPCR结果进一步证实，水凝胶通过上调Rab31的表达，促进了HFSCs的增殖和分化。
结论与意义
本研究成功开发了一种负载acteoside的自修复水凝胶，并通过调控Rab31基因，显著促进了毛囊干细胞的增殖、迁移和分化，从而加速了皮肤创伤的愈合。研究不仅揭示了acteoside的分子机制，还验证了其在动物模型中的实际应用效果，为皮肤创伤治疗提供了新的策略。此外，水凝胶的抗菌和抗氧化性能进一步增强了其在复杂创伤环境中的应用潜力。
研究亮点
- 创新性：首次将acteoside与自修复水凝胶结合，通过调控Rab31基因，实现了对HFSCs功能的有效调控。
- 多维度研究：结合转录组分析、单细胞测序和动物模型，全面揭示了acteoside的作用机制。
- 应用价值：开发的水凝胶具有优异的抗菌、抗氧化和自修复性能，适用于多种皮肤创伤的治疗。
未来展望
尽管本研究在小鼠模型中取得了显著成果，但其在人类临床中的应用仍需进一步验证。此外，acteoside与Rab31的具体分子机制，以及水凝胶在不同类型和严重程度创伤中的效果，仍需深入探索。未来研究将进一步优化水凝胶的性能，并推动其向临床转化，为皮肤创伤治疗提供更有效的解决方案。