Adv Sci｜ROS响应性眼药通过重塑巨噬细胞自噬-代谢轴促进糖尿病角膜修复

糖尿病角膜病（ diabetic keratopathy ）是糖尿病常见 的眼表并发症 之一，患者可出现角膜上皮屏障受损、 创面 愈合延迟、角膜敏感性下降以及神经再生障碍等表现。与正常组织损伤后的短暂炎症反应不同，糖尿病角膜长期处于高糖、氧化应激和持续性炎症状态，使 创面 难以顺利从炎症阶段过渡至组织再生阶段。因此，如何在促进角膜上皮修复的同时纠正异常炎症微环境，是改善糖尿病角膜损伤的重要问题。

活性氧（ reactive oxygen species ， ROS ）异常升高是糖尿病组织微环境的重要特征。一方面，过量 ROS 可直接造成细胞和组织损伤；另一方面，其还与免疫细胞的异常活化密切相关。巨噬细胞作为组织损伤后炎症反应和修复过程中的关键调控者，其功能状态受到细胞代谢以及自噬等稳态过程的精细调节。促炎性 M1 型 巨噬细胞通常表现出较强的糖酵解代谢，而向修复相关表型 M2 转变则伴随着线粒体氧化代谢的增强。然而， 糖尿病角膜中异常的自噬和代谢状态是否参与维持巨噬细胞的促炎表型，以及能否利用病灶区域升高的 ROS 实现药物按需释放并重新塑造这一免疫状态，仍有待进一步研究。

近日，来自 暨南大学 和 广州 市 第一人民医院 的研究团队在Advanced Science期刊 在线发表题为 ROS-Responsive Eye Drop for Controlled Release of 20-Deoxyingenol Improves Diabetic Corneal Healing by Activating Macrophage Autophagy and Metabolic Reprogramming 的研究论文。 该研究构建了一种负载 20-deoxyingenol （ 20-DOI ）的 ROS 响应性 TSPBA/PVA 水凝胶微球递送体系（ TP/20-DOI microspheres ），利用糖尿病角膜创面异常升高的 ROS 实现药物响应性释放。机制上， TP/20-DOI 通过激活巨噬细胞自噬，推动细胞代谢由糖酵解向氧化磷酸化转变，进而抑制促炎性 M1 表型并促进修复 性 M2 表型；与此同时，这一过程以自噬依赖的方式降低巨噬细胞来源的 CXCL3/CXCL5 ，减少过度的中性粒细胞募集，最终协同促进糖尿病角膜上皮再生和神经修复。研究由此提出了一条连接 “ 自噬 — 代谢 — 巨噬细胞极化 — 炎症消退 — 组织修复 ” 的免疫代谢调控轴。

研究人员首先从给药系统入手。考虑到糖尿病角膜创面存在异常升高的 ROS ，而传统滴眼液又面临局部滞留和有效递送不足的问题，研究团队设计了由 TSPBA 和 PVA 构成的 ROS 响应性 TP 水凝胶微球，并在其中包载 20-DOI 。该设计的关键之处在于， TP/20-DOI 微球能够 据其特性延长在角膜的滞留时间， 将病灶区域升高的 ROS 作为触发信号，在氧化应激环境中发生降解并释放 20-DOI ，从而实现与局部病理微环境相匹配的药物递送。

那么，释放出的 20-DOI 主要影响了哪类细胞状态？考虑到巨噬细胞在炎症消退和创面修复中的中心作用，研究人员进一步在高糖条件下观察 TP/20-DOI 对巨噬细胞表型的影响。结果显示，与糖尿病样高糖环境中持续存在的促炎状态相比， TP/20-DOI 处理后巨噬细胞的 M1 相关炎症表型明显受到抑制，而修复相关的 M2 表型增强，提示这一治疗体系能够推动巨噬细胞由促炎状态向有利于组织修复的状态转变。

但巨噬细胞极化本身只是表型变化。 TP/20-DOI 究竟通过什么机制重新塑造巨噬细胞？为回答这一问题，研究人员进一步结合转录组和代谢分析对处理后的巨噬细胞进行研究。结果发现， TP/20-DOI 引起的一个突出变化是 自噬程序被重新激活 。与此同时，巨噬细胞的能量代谢模式也发生明显重构：原本偏向促炎状态的糖酵解代谢受到抑制，而线粒体氧化磷酸化增强。

研究人员据此提出， 20-DOI 诱导的自噬激活能够推动巨噬细胞从糖酵解主导的促炎代谢状态向氧化磷酸化主导的修复性代谢状态转变，进而促进 M1 向 M2 方向的极化 。因此， “ 自噬 — 代谢 — 极化 ” 构成了 TP/20-DOI 调控巨噬细胞功能的核心轴线。

在此基础上 ，研究团队进一步通过干预自噬对这一机制进行了因果验证。使用自噬抑制剂 Spautin-1 后， TP/20-DOI 所产生的多种抗炎和修复效应均受到明显削弱。这表明自噬增强是连接 20-DOI 作用、巨噬细胞重编程以及后续炎症缓解的关键环节。

在明确细胞机制后，研究人员在糖尿病 小鼠的 角膜损伤模型中评估 TP/20-DOI 的治疗作用。结果显示， TP/20-DOI 能够加速受损角膜的再上皮化，并改善角膜神经再生。与此同时，糖尿病角膜组织中原本受到抑制的自噬相关程序得到恢复，而 Tnf 、 Il1b 、 Cd86 和 Nos2 等 M1 相关炎症基因表达下降，表明局部持续性促炎环境得到明显缓解。

除了巨噬细胞本身，糖尿病创面中另一类值得关注的免疫细胞是中性粒细胞。正常情况下，中性粒细胞可在损伤早期快速进入创面并参与防御和清除过程；但如果募集持续或过度，则可能反过来加重氧化应激与组织损伤，阻碍创面进入修复阶段。研究人员发现，糖尿病角膜损伤后存在明显的中性粒细胞积聚，而 TP/20-DOI 治疗可显著减少这一异常浸润。

那么，巨噬细胞重编程与中性粒细胞减少之间是否存在直接联系？进一步研究将线索指向了中性粒细胞趋化因子 CXCL3 和 CXCL5 。 TP/20-DOI 在抑制巨噬细胞促炎表型的同时，降低了巨噬细胞来源的 CXCL3/CXCL5 ，从而削弱对中性粒细胞的持续募集。更重要的是，当自噬受到 Spautin-1 抑制后， CXCL3/CXCL5 的抑制以及中性粒细胞浸润的减少均被明显逆转。

由此，研究建立起了一条更加完整的细胞间调控链： 20-DOI 释放 → 巨噬细胞自噬激活 → 糖酵解向氧化磷酸化转变 → 促 炎 M1 表型受到抑制 → CXCL3/CXCL5 减少 → 中性粒细胞过度募集下降 → 持续性炎症缓解 → 角膜上皮和神经修复 改善 。

进一步的自噬抑制实验也显示，一旦破坏这一关键环节， TP/20-DOI 促进角膜愈合和神经修复的作用随之受到削弱。这不仅进一步支持巨噬细胞自噬在治疗效应中的必要性，也说明该体系的作用并不能简单归因于材料本身或局部药物暴露，而与免疫细胞稳态和组织炎症微环境的重新建立密切相关。因此，这项工作的意义 在于 不仅 开发 了 一种新的糖尿病角膜滴眼制剂 ，还 把生物材料响应性递送与免疫代谢机制连接在了一起。

综上所述，该研究开发了一种能够感知糖尿病角膜高 ROS 微环境并响应性释放 20-DOI 的眼部递送系统，并揭示了巨噬细胞 “ 自噬 — 代谢 — 极化 ” 轴在糖尿病角膜修复中的重要作用。 TP/20-DOI 通过恢复巨噬细胞自噬，促进代谢由糖酵解向氧化磷酸化转换，抑制促炎性 M1 表型以及 CXCL3/CXCL5 介导的中性粒细胞过度募集，最终缓解持续性炎症并促进角膜上皮和神经修复。这项工作为糖尿病角膜病提供了一种微环境响应性的局部治疗策略，同时提示靶向免疫细胞自噬与代谢重编程可能成为改善糖尿病相关组织修复的新方向。

吴嘉欣 、 陈婉莹 、 邱海江 和 郑蔚晗 为共同第一作者 ，刘俊、利时雨、陈国兵和李志杰 为共同通讯作者。

原文 链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.77232

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