《自然·通讯》IF15.7：甘草提取物显著改善心肌梗死

由上海东方医院、同济大学医学院、哥伦比亚大学及北卡罗莱纳州立大学等机构联合开发的研究团队，利用甘草（Glycyrrhiza）的不同部位构建了一种双组分治疗系统：从根茎提取的甘草酸（GA）制成功能性水凝胶，从叶片中提取纳米叶绿体单元（NCUs）。

该系统在光照下可通过NCUs产生ATP和NADPH，缓解心肌缺血阶段的能量耗竭；

同时GA水凝胶在再灌注阶段清除过量活性氧，显著减轻大鼠心肌缺血/再灌注损伤，缩小梗死面积，改善心功能。

该研究实现了植物光合机制在心肌梗死治疗中的跨物种应用，为心肌梗死的阶段性联合治疗提供了新策略。

相关成果于2025年8月18日以“Plant-derived hydrogel and photosynthetic nano-units for myocardial infarction therapy”为题在线发表于 Nature Communications（IF 15.7）。

植物来源水凝胶与光合纳米单元用于心肌梗死治疗

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

研究介绍

心肌梗死（MI）的梗死面积由缺血损伤和再灌注损伤共同决定。

本研究构建了来自甘草的双组分系统：GA水凝胶（缓解再灌注ROS）和NCUs（光照下提供ATP/NADPH）。

研究方法

本研究构建了一个源自甘草的双组分治疗系统，并通过体外和体内实验评估其对心肌梗死的治疗作用。

一、 治疗组分制备

甘草酸水凝胶（Gel）：

来源：甘草根茎提取的甘草酸。

方法：GA粉末溶于缓冲液，经加热-冷却过程形成水凝胶。

选择：确定6 mM为最佳使用浓度，具备良好的生物相容性和可注射性。

纳米叶绿体单元（NCU）：

来源：甘草叶片。

方法：分离完整叶绿体，通过膜挤出法将其物理破碎成纳米颗粒。

功能：在光照下能产生ATP和NADPH。

已种植的甘草照片

二、 实验模型与干预

体外实验：

模型：利用心肌细胞建立缺氧/复氧模型，模拟缺血/再灌注损伤。

干预：设置对照组、损伤组、GA水凝胶组、NCU组（缺氧期光照） 以及 NCU+水凝胶联合组。

体内实验：

干预：所有治疗均通过心包内注射给药。

分为：DPBS对照组

GA水凝胶组

NCU + 光照组

NCU + 水凝胶 + 光照联合治疗组

模型：在大鼠中通过手术结扎冠状动脉，建立心脏缺血/再灌注模型。

主要研究结果

1、联合治疗（NCU + Gel）在体内外模型中

均表现出最优的协同疗效

在细胞层面，与单用等量的NCU或水凝胶相比，NCU与水凝胶联合治疗组在缺氧和复氧阶段都表现出更低的细胞损伤。

在大鼠心肌梗死模型中，这种协同效应更为明显：短期（术后2小时）即可见心功能（LVEF）改善，长期（第28天）则显示出最显著的疗效——NCU+Gel+Light组的左室射血分数最高、心肌梗死面积最小、心电图QRS波时限延长最少（表明心室重构最轻），并且血清心肌损伤标志物（cTnI）水平最低。

单一的NCU（供能）或水凝胶（抗氧化）只能针对心肌梗死病理过程中的一个方面，而将两者结合可以实现 “1+1 > 2”的协同效应，同时从能量供应和氧化损伤两个根本原因上解决问题，从而实现更全面、更持久的的心脏修复。

图7：NCU与GA水凝胶在大鼠I/R模型中的长期疗效

图5j, 5k：体外细胞损伤数据，显示联合治疗在缺氧和复氧阶段均优于单药组

2、NCU与Gel分别针对缺血与再灌注损伤

NCU的作用：

在缺氧/缺血阶段，光照下的NCUs被心肌细胞内吞，能有效提升细胞内的ATP和NADPH水平，缓解能量危机。

研究表明，缺氧期光照1小时是提升ATP的最佳窗口，而在复氧期光照反而因加剧ROS产生而有害。

GA水凝胶的作用：

在复氧/再灌注阶段，水凝胶通过上调细胞内的抗氧化蛋白（GSS和GPX1），高效清除过量ROS，并显著降低细胞凋亡（Cleaved Caspase-3表达下降）。

体内实验证实，水凝胶的治疗效果随时间延长而增强。

该治疗策略的核心优势在于其分阶段协同作用：NCU靶向缺血期的能量耗竭进行精准供能，而GA水凝胶针对再灌注期的氧化应激实施主动清除。

这种时序精准的协同干预机制，突破了传统单一给药的局限性，为心肌保护提供了新范式。

图5b, 5c：展示NCU在缺氧期提升ATP的剂量和时间依赖性效应

图3：GA水凝胶降低H/R诱导的ROS生成与细胞死亡

3、良好的安全性与可行性

安全性：

NCUs与细胞共培养未见毒性；

GA水凝胶在大鼠心包腔内约14天完全降解，且未引起显著的免疫细胞浸润。

28天的血液生化及全血细胞计数分析证实该系统未引发全身性毒性、免疫排斥或过敏反应。

可行性：

研究证实，有效治疗剂量的红光能穿透大鼠胸壁。

同时，研究采用了心包内注射这一具有临床基础的给药方式，并指出已有针对该途径设计的钝头隐蔽针心包接入设备在临床试验中展现出良好安全性，为未来在救护车等院前场景中干预缺血阶段奠定了基础。

结论

本研究开发了一种来自甘草的双组分治疗系统，结合心包内给药途径，在体内有效缓解了缺血与再灌注损伤。

这种针对双阶段的干预策略被证明比单独治疗任一阶段更为有效，为心肌梗死的治疗提供了有前景的新方向。

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