上海
氢气（ H₂ ）因能够选择性清除细胞毒性羟基自由基（ ·OH ），同时不干扰正常氧化还原信号，被认为是极具潜力的治疗性抗氧化分子。近年来，吸入氢气、富氢水及氢释放材料等多种氢疗法相继被开发，并在心脑血管疾病、炎症及组织损伤治疗中展现出良好的应用前景。然而，氢气低溶解度、易扩散以及体内半衰期短等特点，使其难以在病灶部位维持足够浓度和持续作用时间。如何实现治疗性氢气的长期、可控和精准释放，成为限制氢疗法临床转化的关键瓶颈。
2026 年 6 月 5 日，南方医科大学第十附属医院李振华研究员团队联合美国哥伦比亚大学生物医学工程系程柯教授团队在 Nature Biomedical Engineering 发表题为 An injectable hydrogen-producing bacteria hydrogel for cardiac repair in rodent and porcine models 的研究论文。研究团队首次将光合产氢细菌应用于心脏缺血再灌注损伤治疗，通过构建一种可注射产氢细菌水凝胶（PSB Hydrogel），在心脏局部建立持续产氢系统，实现治疗性氢气的长期释放，并在啮齿动物及巴马小型猪模型中验证了显著的心肌保护效果。
构建光照响应型产氢细菌水凝胶
与外源输注氢气不同，研究团队尝试让机体自身建立一个持续工作的 “ 产氢系 统 ” 。为此，他们选择了具有天然光合作用能力的沼泽红假单胞菌（ Rhodopseudomonas palustris ）作为核心功能单元。这类细菌能够在光照条件下持续产生氢气，为长期治疗提供稳定来源。为了实现细菌在心脏局部的安全滞留，研究团队进一步利用猪真皮来源细胞外基质（ ECM ）构建可注射水凝胶，将光合细菌包裹其中。该策略不仅显著提高了细菌在心脏局部的保留时间，同时实现了光照触发的持续产氢，为心肌损伤治疗提供了全新的活体制药模式。
重塑线粒体稳态，恢复受损心肌能量代谢
缺血再灌注损伤发生后，线粒体首先成为氧化应激攻击的主要靶点。大量活性氧积累不仅导致线粒体膜结构破坏，还会引起融合与分裂失衡，最终造成能量代谢障碍和心肌细胞死亡。
研究发现，光照激活后的 PSB 治疗能够显著改善受损心肌细胞的线粒体状态。无论是在细胞模型还是动物模型中，治疗后线粒体膜电位得到恢复， ATP 生成能力显著提高，氧化磷酸化功能明显改善。进一步分析显示，该策略能够调控线粒体动力学相关蛋白表达，促进线粒体结构重建和功能恢复，从而维持心肌细胞正常能量供应。这些结果表明，持续产氢带来的获益并不仅限于自由基清除，更重要的是实现了线粒体功能重塑和心肌能量代谢重建，为受损心肌提供持续的保护作用。
完成大动物验证，迈向临床转化关键一步
大动物研究是评价新型心血管治疗技术临床应用前景的重要环节。为验证该策略的转化潜力，研究团队进一步在中国巴马小型猪心肌缺血再灌注模型中开展研究。
结果显示，经胸腔镜微创方式完成心包腔给药后， PSB 治疗组表现出更好的心 肌存活和组织修复效果。治疗后危险心肌区域得到有效挽救，纤维化程度明显降低，心肌结构保存更加完整。同时，超声心动图和心脏磁共振结果均显示治疗组左心室功能获得显著改善。
值得关注的是，本研究不仅证明了工程化活体产氢策略在大动物中的有效性，也验证了心包腔递送这一临床可行给药路径，为未来开展相关临床研究奠定了基础。
总体而言，该研究不仅为心肌缺血再灌注损伤提供了一种全新的治疗策略，也为利用工程化微生物持续产生治疗分子治疗重大疾病提供了重要范例。随着微型光源设备和活体微生物治疗技术的不断发展，该策略有望推动活体细菌治疗从基础研究迈向临床应用，为缺血性心脏病等重大疾病治疗带来新的解决方案。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41551-026-01700-z
制版人： 十一
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