针对上述问题，浙江大学高长有教授和朱旸教授团队设计了一种级联增强型微凝胶锚定纳米酶系统（PPtL@MGs）。首先将Pt纳米酶用HS-PEG-NH₂功能化以提高稳定性和生物相容性，随后负载LOx形成PPtL复合物，再通过EDC/NHS偶联化学将其共价固定于透明质酸甲基丙烯酰胺（HAMA）微凝胶表面。该微凝胶系统兼具可注射性和组织滞留性，能适应不规则梗死几何形状并在注射部位长期驻留。核心机制在于Pt纳米酶持续分解MI微环境中高浓度的内源性H₂O₂原位产生O₂，为LOx提供必需底物以维持其在缺氧条件下的催化活性，形成自增强级联循环实现持续乳酸清除，从而抑制EndoMT、减轻纤维化、改善心脏重构。该系统通过微凝胶锚定解决纳米酶和酶的稳定性与滞留问题，利用级联反应克服缺氧限制，为MI的酶替代治疗提供了协同增效的新平台。该文章于2026年1月13日以《Cascade-enhanced Pt nanozyme platform anchored on microgels for effective lactate depletion and EndoMT attenuation post-myocardial infarction》为题发表于《Biomaterials》（DOI: 10.1016/j.biomaterials.2026.124005）。

图1. PPtL @MGs 的构建及其在心肌梗死 (MI) 治疗中的级联增强机制示意图

（1）Pt、PPt、PPtL 和 PPtL@MGs 的制备和表征

Pt纳米酶具有稳健的CAT样活性，能在严苛生理条件下高效分解H₂O₂产生O₂，且稳定性和抗蛋白酶降解能力优于天然CAT。TEM显示HS-PEG-NH₂修饰后（PPt）保持球形形貌，颗粒周围出现透明晕环层（图2a,b）；HRTEM证实晶格间距0.239 nm和0.196 nm对应面心立方Pt的（111）和（200）晶面，保留完整晶体结构（图2c）。XRD显示Pt特征峰位于2θ≈39.9°、46.4°和67.8°，PPt峰位不变，23.1°处出现PEG宽化非晶峰（图2d）；XPS证实Pt金属态未变且Pt-S键形成（图2e-j）。DLS显示PPt粒径208.8 nm，负载LOx后（PPtL）增至227.1 nm；zeta电位由-33.5 mV变为-2.3 mV（PEG化），再变为-29.1 mV（LOx负载）。PPtL通过EDC/NHS偶联锚定于HAMA微凝胶，SEM显示原生MGs表面光滑（图2k,l），PPtL@MGs表面出现颗粒特征（图2m,n），EDS mapping证实Pt和S信号保留（图2o,p）；FTIR验证PEG成功固定。稳定性测试显示PPtL@MGs在pH 6.5下结构稳定，ICP-MS显示Pt释放极低，证实纳米酶通过酰胺键牢固锚定。

图2. Pt 、PPt和PPtL@MG的表征。(a, b) PPt纳米酶的TEM图像。(c) PPt纳米酶的HRTEM图像。(d) Pt和PPt的XRD分析。(e) Pt、PPt和HS-PEG-NH₂的XPS分析。 (f-j) PPt的高分辨率C 1s、N 1s、O 1s、Pt 4f和S 2p光谱。(k, l) 空白MG的SEM图像及其放大图。(m, n) PPtL@MG的SEM图像及其放大图。(o, p) PPtL@MG中C和Pt的EDS元素映射图。

（2）PPt、PPtL 和 PPtL@MGs 的功能性能

为构建高效催化级联，PPtL@MGs将PPt纳米酶的CAT活性与LOx介导的乳酸氧化偶联，PPt持续降解H₂O₂产生O₂以缓解缺氧并增强LOx效率（图3a）。Michaelis-Menten分析显示PPt表观Km为8.23 mM、Vmax为0.62，对H₂O₂具有高亲和力（图3b）；O₂生成量随PPt浓度依赖性增加（图3c,d）。PPt在生理pH下催化效率与天然CAT相当，且在pH 6.5酸性条件下仍保持稳健活性，而天然CAT活性明显减弱（图3e），凸显其耐酸优势。SDS-PAGE证实LOx成功负载（图3f），PPtL和PPtL@MGs中LOx负载效率分别为85%和74%；PPtL中LOx在pH 7.2-7.4下释放可忽略（约5%），pH 5.5下5天累积释放约68%（图3g），PPtL@MGs的LOx活性在pH 7.2-7.4下28天保留约70%，pH 6.5下保留约54%（图3h）。乳酸清除实验显示，PPtL和PPtL@MGs 240分钟内消耗约2 mM乳酸，pH逐渐升至中性（图3i,j），而无LOx组无代谢活性。

应激条件下，缺氧+H₂O₂环境中游离LOx催化活性显著受损，而PPtL因CAT活性分解H₂O₂产O₂，改善乳酸耗竭和丙酮酸生成，形成级联放大效应（图3k,l）。H9C2细胞共培养证实，缺氧+H₂O₂条件下PPtL组细胞活力显著高于游离LOx组，通过乳酸耗竭减轻酸中毒及H₂O₂清除缓解氧化损伤，发挥增强保护作用。

图3. PPt 、PPtL和PPtL@MGs的功能性能。(a) PPt介导的O₂生成与LOx介导的乳酸氧化之间自增强催化级联的示意图。 (b) PPt纳米酶对H₂O₂分解的类过氧化氢酶（CAT）催化活性的米氏动力学分析。(c) PPt分解H₂O₂过程中O₂生成的图像。(d) 不同浓度下PPt分解H₂O₂过程中溶解氧浓度的实时变化。 (e) PPt纳米酶和天然过氧化氢酶在生理pH（pH 7.2-7.4）和模拟梗死酸性条件（pH 6.5）下的类过氧化氢酶（CAT）活性定量比较。(f) LOx负载量的SDS-PAGE分析。 (g) 在 pH 5.5（乳酸溶液）和 pH 7.2-7.4（PBS）条件下，PPtL 中 LOx 的释放（n = 3）。(h) 在 pH 7.2-7.4 和 pH 6.5 条件下，PPtL@MGs 中 LOx 活性的长期稳定性（28 天）。(i) 不同 LOx 载体体系的乳酸消耗量和 (j) 相对 pH 值变化。低氧/氧化应激条件下，PPtL 介导的 LOx 级联催化效率：(k) 乳酸消耗量的定量分析和 (l) 丙酮酸生成量的定量分析。处理组：LOx / Norm（游离 LOx，0.5 U mL^-1 ，常氧）、LOx/Hyp（游离 LOx，0.5 U mL^-1 ，低氧 + 100 μM H₂O₂ ）、 PPtL/Norm（PPtL，30 μg mL^-1 ，常氧）和 PPtL/Hyp（PPtL，30 μg mL^-1 ，低氧 + 100 μM H₂O₂ ）。低氧条件定义为 1% O₂、5% CO₂和94% N₂的混合气体。

（3）PPtL@MGs对HUVECs内皮间质转化（EndoMT）的保护作用

研究人员为评估HUVECs在缺氧及氧化应激下的细胞响应，首先观察暴露72小时后的形态学变化。如图4a所示，Blank组细胞保持典型鹅卵石样内皮表型，而Control组呈现细长成纤维细胞样形态，提示EndoMT发生。MGs组无保护效应，游离LOx因缺氧环境活性受限仅部分保留内皮形态，PPtL和PPtL@MGs组则通过级联增强效应维持鹅卵石样形态。迁移实验显示（图4b-d），Control和MGs组迁移加速提示病理性EndoMT转化，PPtL和PPtL@MGs组显著抑制异常迁移。管腔形成实验（图4c-e、f）中，Control组血管生成功能受损，PPtL和PPtL@MGs组通过Pt纳米酶介导的O₂生成促进乳酸清除，实现最显著的功能恢复。

细胞内ROS和乳酸水平检测显示（图5a-d），PPtL和PPtL@MGs组ROS荧光强度显著降低且乳酸水平明显下降，证实级联系统有效清除乳酸并缓解氧化应激。图5e示意该保护机制：Pt纳米酶分解H2O2产生O₂，既缓解氧化应激又改善缺氧微环境，维持LOx活性持续氧化乳酸，从而破坏缺氧-乳酸- H₂O₂正反馈循环，抑制EndoMT并促进血管生成功能恢复。

图4. 缺氧/氧化应激下HUVEC的形态、迁移和血管生成。(a) 不同处理后HUVEC的形态（上图：整体，下图：放大图）。(b) 迁移实验的明场图像（0 h vs. 20 h）。(c) 管状结构形成的明场图像。(d) 迁移率的定量分析（n = 3）。(e) 分支点的定量分析。(f) 网格数量的定量分析（n = 3）。实验组：1) 空白组：常氧，未处理；2) 对照组：缺氧/氧化应激，未处理；3) MGs组（20 mg mL^-1空白微凝胶）；4) LOx组（1 U mL^-1）；5) PPtL组（60 μg mL^-1）；6) PPtL@MGs组（20 mg mL^-1）。

图5. 缺氧/氧化应激下 HUVEC 的调控。(a) 细胞内乳酸水平的定量分析 (n ≥ 3)。(b) 荧光显微镜图像显示细胞内 ROS 水平，分别用 DCFH-DA（绿色，DCF）和 Hoechst（蓝色）染色。(c) ROS 荧光强度（DCF）的流式细胞术分析。(d) 各组乳酸水平的定量比较 (n = 3)。(e) PPtL@MGs 抑制内皮间质转化 (EndoMT)、减轻病理性迁移并恢复缺氧/氧化应激下 HUVEC 血管生成功能的级联催化机制示意图。

（4）PPtL@MGs在体内改善纳米酶的保留并延长微环境调控

研究人员为评估微凝胶固定是否能提高治疗性纳米酶在梗死心肌的局部滞留，使用FITC标记的PPtL和PPtL@MGs在小鼠MI模型中进行体内荧光示踪实验。体内荧光示踪实验显示，PPtL组注射后1小时荧光信号几乎不可检测，表明游离纳米酶快速流失（图6a）；而PPtL@MGs组在梗死区域呈现强而局限的荧光并持续至6天，证实微凝胶有效延长纳米酶滞留（图6b）。术后5天微环境检测显示，MI组HIF-1α、H₂O₂和乳酸显著升高，形成自我放大的病理循环（图6c-f）。PPtL组因清除过快无显著改善，L@MGs组因LOx缺氧失活仅中度降低，PPtL@MGs组则通过级联增强效应显著下调三者水平：Pt纳米酶分解H₂O₂产生O₂，缓解缺氧并维持LOx活性，微凝胶锚定确保持久催化。

分子机制研究表明，PPtL@MGs显著减弱Snail1乳酸化（L-Lac），抑制总Snail1表达及下游TGF-β/Smad2信号激活（图5g-h）。术后28天免疫荧光证实PPtL@MGs减弱Snail1乳酸化并抑制EndoMT驱动的纤维化重塑。TUNEL染色显示PPtL@MGs显著减少心肌细胞凋亡，归因于协同清除H₂O₂和乳酸及局部供氧缓解缺氧应激。

图6. 心肌梗死后药物滞留及微环境调控。(a, b) 注射后 1 小时至 6 天 PPtL 和 PPtL@MGs 滞留的荧光成像。(c, d) 心肌梗死后第 5 天 HIF-1α 染色（绿色）及定量分析 (n = 4)。(e, f) 梗死心肌组织中乳酸 (n = 4) 和 H₂O₂ (n ≥ 3) 水平的定量分析。( g, h) WB 分析显示 PPtL@MGs 抑制梗死心肌中 Snail1 乳酸化和 TGF-β/Smad2 信号通路。Input：免疫沉淀前的全细胞裂解液；IgG：正常 IgG 阴性对照；IP (Snail1)：抗 Snail1 免疫沉淀。

（5）PPtL@MGs在体内对心肌梗死后内皮间质转化的抑制作用

为了评估梗死心肌中内皮间质转化（EndoMT）的程度，研究人员对心肌梗死后第5天采集的心脏切片进行了VE-钙黏蛋白和成纤维细胞特异性蛋白1（FSP1）的免疫荧光染色。VE-钙黏蛋白是内皮细胞的标志物，而FSP1则作为间质标志物，指示EndoMT的进展。如图7所示，在心肌梗死组中，梗死区域观察到VE-钙黏蛋白表达显著降低，同时FSP1表达显著上调，表明存在强烈的EndoMT反应。在本研究中，PPtL组（包含LOx和Pt纳米酶，但缺乏局部递送能力）对EndoMT的抑制作用有限，VE-钙黏蛋白和FSP1水平几乎没有改善。 L@MGs组VE-cadherin表达部分恢复，FSP1表达中度抑制，反映了LOx活性在降低乳酸负荷方面的益处。相比之下，PPtL@MGs组VE-cadherin表达显著增强（图7a–e），FSP1水平显著降低（图7 b–f）。这种增强效应归因于乳酸降解、H₂O₂清除和O₂生成同时作用下实现的微环境重编程的协同作用。

图7. 心肌梗死后内皮间质转化 (EndoMT)、微血管再生和电生理耦合。(a, e) 心肌梗死后第 5 天 VE-钙黏蛋白染色（绿色）及定量分析 (n = 4)。(b, f) 心肌梗死后第 5 天 FSP1 染色（绿色）及定量分析 (n = 4)。(c, g) 心肌梗死后第 28 天 CD31（绿色）和 α-SMA（红色）染色及血管生成定量分析（CD31：内皮细胞，α-SMA：成熟血管）(n = 3)。(d, h) 心肌梗死后第 28 天 Cx43（绿色）和 cTnT（红色）染色及定量分析 (n = 4)。

（6）PPtL@MGs在体内的长期治疗效果

术后28天CD31免疫荧光显示PPtL@MGs组血管内皮标志物显著上调，反映血管保留增强及新生血管形成（图7c-g）；CX43显著恢复并沿闰盘有序定位，提示梗死边缘区机电耦联改善（图7d-h）。超声心动图显示MI组LVEF和LVFS显著下降、LVEDV和LVESD增加，PPtL@MGs组LVEF（63%）和LVFS（30%）最接近健康心肌（图8a-c）。H&E染色显示PPtL@MGs组心肌结构相对保留、炎症浸润减少、室壁较厚；Masson三色染色证实其胶原沉积显著减少、纤维化面积比降低（图8d,e），突显微凝胶负载Pt纳米酶与LOx的级联增强效应。体内结果表明PPtL@MGs在调控梗死微环境、减少乳酸和H₂O₂堆积、下调缺氧及纤维化标志物、保护心肌结构和功能方面优于所有对照组。与传统MI治疗相比，该平台通过整合级联增强催化活性同时缓解氧化应激和代谢失衡，无需基因工程或外源性因子即可实现梗死微环境局部有效调控，突显级联增强代谢调控治疗复杂梗死后病理的转化潜力。

图8. 心肌梗死后28天的治疗效果。(a) 代表性的 M 型超声心动图图像。(b, c) 通过超声心动图评估左室射血分数 (LVEF) 和左室短轴缩短率 (LVFS) 的定量分析 (n ≥ 3)。(d) Masson 三色染色，以及 (e) 纤维化面积的定量分析（占全心横截面的百分比）。上图：代表性的全心横截面；下图：放大视图。蓝色：纤维化组织；红色：心肌 (n = 4)。