《自然·通訊》IF15.7：甘草提取物顯著改善心肌梗死

由上海東方醫院、同濟大學醫學院、哥倫比亞大學及北卡羅萊納州立大學等機構聯合開發的研究團隊，利用甘草（Glycyrrhiza）的不同部位構建了一種雙組分治療系統：從根莖提取的甘草酸（GA）制成功能性水凝膠，從葉片中提取納米葉綠體單元（NCUs）。

該系統在光照下可通過NCUs產生ATP和NADPH，緩解心肌缺血階段的能量耗竭；

同時GA水凝膠在再灌注階段清除過量活性氧，顯著減輕大鼠心肌缺血/再灌注損傷，縮小梗死面積，改善心功能。

該研究實現了植物光合機制在心肌梗死治療中的跨物種應用，為心肌梗死的階段性聯合治療提供了新策略。

相關成果于2025年8月18日以“Plant-derived hydrogel and photosynthetic nano-units for myocardial infarction therapy”為題在線發表于 Nature Communications（IF 15.7）。

植物來源水凝膠與光合納米單元用于心肌梗死治療

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

研究介紹

心肌梗死（MI）的梗死面積由缺血損傷和再灌注損傷共同決定。

本研究構建了來自甘草的雙組分系統：GA水凝膠（緩解再灌注ROS）和NCUs（光照下提供ATP/NADPH）。

研究方法

本研究構建了一個源自甘草的雙組分治療系統，并通過體外和體內實驗評估其對心肌梗死的治療作用。

一、 治療組分制備

甘草酸水凝膠（Gel）：

來源：甘草根莖提取的甘草酸。

方法：GA粉末溶于緩沖液，經加熱-冷卻過程形成水凝膠。

選擇：確定6 mM為最佳使用濃度，具備良好的生物相容性和可注射性。

納米葉綠體單元（NCU）：

來源：甘草葉片。

方法：分離完整葉綠體，通過膜擠出法將其物理破碎成納米顆粒。

功能：在光照下能產生ATP和NADPH。

已種植的甘草照片

二、 實驗模型與干預

體外實驗：

模型：利用心肌細胞建立缺氧/復氧模型，模擬缺血/再灌注損傷。

干預：設置對照組、損傷組、GA水凝膠組、NCU組（缺氧期光照） 以及 NCU+水凝膠聯合組。

體內實驗：

干預：所有治療均通過心包內注射給藥。

分為：DPBS對照組

GA水凝膠組

NCU + 光照組

NCU + 水凝膠 + 光照聯合治療組

模型：在大鼠中通過手術結扎冠狀動脈，建立心臟缺血/再灌注模型。

主要研究結果

1、聯合治療（NCU + Gel）在體內外模型中

均表現出最優的協同療效

在細胞層面，與單用等量的NCU或水凝膠相比，NCU與水凝膠聯合治療組在缺氧和復氧階段都表現出更低的細胞損傷。

在大鼠心肌梗死模型中，這種協同效應更為明顯：短期（術后2小時）即可見心功能（LVEF）改善，長期（第28天）則顯示出最顯著的療效——NCU+Gel+Light組的左室射血分數最高、心肌梗死面積最小、心電圖QRS波時限延長最少（表明心室重構最輕），并且血清心肌損傷標志物（cTnI）水平最低。

單一的NCU（供能）或水凝膠（抗氧化）只能針對心肌梗死病理過程中的一個方面，而將兩者結合可以實現 “1+1 > 2”的協同效應，同時從能量供應和氧化損傷兩個根本原因上解決問題，從而實現更全面、更持久的的心臟修復。

圖7：NCU與GA水凝膠在大鼠I/R模型中的長期療效

圖5j, 5k：體外細胞損傷數據，顯示聯合治療在缺氧和復氧階段均優于單藥組

2、NCU與Gel分別針對缺血與再灌注損傷

NCU的作用：

在缺氧/缺血階段，光照下的NCUs被心肌細胞內吞，能有效提升細胞內的ATP和NADPH水平，緩解能量危機。

研究表明，缺氧期光照1小時是提升ATP的最佳窗口，而在復氧期光照反而因加劇ROS產生而有害。

GA水凝膠的作用：

在復氧/再灌注階段，水凝膠通過上調細胞內的抗氧化蛋白（GSS和GPX1），高效清除過量ROS，并顯著降低細胞凋亡（Cleaved Caspase-3表達下降）。

體內實驗證實，水凝膠的治療效果隨時間延長而增強。

該治療策略的核心優勢在于其分階段協同作用：NCU靶向缺血期的能量耗竭進行精準供能，而GA水凝膠針對再灌注期的氧化應激實施主動清除。

這種時序精準的協同干預機制，突破了傳統單一給藥的局限性，為心肌保護提供了新范式。

圖5b, 5c：展示NCU在缺氧期提升ATP的劑量和時間依賴性效應

圖3：GA水凝膠降低H/R誘導的ROS生成與細胞死亡

3、良好的安全性與可行性

安全性：

NCUs與細胞共培養未見毒性；

GA水凝膠在大鼠心包腔內約14天完全降解，且未引起顯著的免疫細胞浸潤。

28天的血液生化及全血細胞計數分析證實該系統未引發全身性毒性、免疫排斥或過敏反應。

可行性：

研究證實，有效治療劑量的紅光能穿透大鼠胸壁。

同時，研究采用了心包內注射這一具有臨床基礎的給藥方式，并指出已有針對該途徑設計的鈍頭隱蔽針心包接入設備在臨床試驗中展現出良好安全性，為未來在救護車等院前場景中干預缺血階段奠定了基礎。

結論

本研究開發了一種來自甘草的雙組分治療系統，結合心包內給藥途徑，在體內有效緩解了缺血與再灌注損傷。

這種針對雙階段的干預策略被證明比單獨治療任一階段更為有效，為心肌梗死的治療提供了有前景的新方向。

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