针对上述问题，上海交通大学医学院附属第九人民医院王金武团队构建了一种基于壳聚糖的葡萄糖和活性氧（ROS）响应型可注射水凝胶（Exo/MOF@CPH），该水凝胶整合了负载去铁胺的锰掺杂沸石咪唑酯骨架-8（DFO@Mn-ZIF-8）和人脐带间充质干细胞来源的外泌体（UCMSC-Exo），实现对糖尿病伤口复杂病理微环境的智能响应和协同调控。具体机制为：持续释放的UCMSC-Exo直接调节巨噬细胞极化，将局部巨噬细胞从促炎M1表型转变为促修复M2表型以重塑免疫微环境；响应性释放的Mn-ZIF-8发挥酶样催化活性快速清除过量ROS、缓解氧化应激，同时释放抗菌物质有效清除病原体；随着感染消退和伤口pH转为弱酸性，Mn-ZIF-8降解释放的DFO和Zn²⁺协同激活HIF-1α信号通路，驱动新生血管形成、改善血供和缺氧。该策略通过同时实现免疫重建、促进血管生成和抗感染效应，有效打破"高ROS-感染-缺氧"的恶性循环，为DFU的综合治疗提供了智能化解决方案。该文章于2026年3月20日以《Intelligent-responsive hydrogel synergistically mediates immune remodel-antibacterial-angiogenesis cascade for diabetic foot ulcer repair》为题发表于《Bioactive Materials》（DOI: 10.1016/j.bioactmat.2026.03.034）。

图1 研究示意图

（1）DFO@Mn-ZIF-8与UCMSC-Exo的表征

DFO@Mn-ZIF-8采用一锅法合成（图2A）。TEM显示材料呈十二面体菱形结构，EDX证实Zn和Mn元素均匀分布于骨架（图2B、C）。XPS在641.5 eV（Mn2p3/2）和401.2 eV（金属-N键N1s）处检测到Mn²⁺和Mn⁴⁺特征峰（图2F-H）。DLS测定Mn-ZIF-8粒径为105.22 nm，载药后增至192.15 nm；Zeta电位由31.45 mV降至27.76 mV（图2D、E）。XRD显示三者均具有与模拟ZIF-8一致的特征衍射峰，且Mn-ZIF-8主峰(011)较ZIF-8左移（图2I、J）。UCMSC-exo经分离纯化获得（图2K），TEM显示其呈杯状或半球形结构，平均直径103.70 nm（图2M）；NTA分析显示50-300 nm颗粒占82.2%（图2L）；WB检测到CD9和TSG101高表达（图2L）。PKH67标记的UCMSC-exo与RAW 264.7细胞共培养12小时后荧光成像显示成功内化（图2N）

图2 DFO@Mn-ZIF-8与UCMSC-Exo的表征。（A）Mn-ZIF-8的合成过程；（B，C）DFO@Mn-ZIF-8的TEM图像及元素分布；（D）Mn-ZIF-8与DFO@Mn-ZIF-8的粒径；（E）Mn-ZIF-8与DFO@Mn-ZIF-8的Zeta电位；（F-H）Mn-ZIF-8的XPS分析；（I，J）Mn-ZIF-8与DFO@Mn-ZIF-8的XRD分析；（K）UCMSC-exo的分离过程；（L）UCMSC-exo的NTA鉴定及CD9、TSG101的Western blot检测；（M）UCMSC-Exo的TEM图像（标尺：左500 nm，右50 nm）；（N）RAW 264.7巨噬细胞对UCMSC-Exo的内化作用。

（2）Exo/MOF@CPH智能响应水凝胶的表征

CS-PBA经1H NMR和FTIR（1538 cm⁻¹和1323 cm⁻¹）确认合成成功（图3B、C）。Exo/MOF@CPH由CS-PBA与PVA通过硼酸酯键交联形成，并负载UCMSC-exo和DFO@Mn-ZIF-8（图3A、D）。SEM显示CPH和Exo/MOF@CPH孔径分别约3.0 μm和3.8 μm（图3E-G）。水凝胶表现出自愈合能力，宏观拉伸保持完整，且在高（500%）低（1%）应变交替下快速恢复（图3H、J）。黏附实验显示其在猪皮拉伸、弯曲、扭转下无边缘脱离（图3K）。流变测试显示G'为5645 Pa、G"为1620 Pa，并具有剪切变稀特性（图3I、L）。ICP-OES显示4天后在1 mM H₂O₂中Zn和Mn累积释放率分别为76.5%和82.1%（图3M）。DFO在酸性环境（pH 6.0和5.0）释放率高于中性（图3N）。外泌体在3 mg/mL葡萄糖+1 mM H₂O₂中168小时累积释放87.56%，无H₂O₂为74.40%，24小时时双刺激组（59.37%）显著高于单葡萄糖组（37.50%）（图3O）。

图3 Exo/MOF@CPH智能响应水凝胶的表征。（A）示意图；（B）CS-PBA的1H NMR分析；（C）CS-PBA、CS与4-CPBA的FTIR光谱；（D）水凝胶照片；（E~G）SEM图像及孔径分析；（H）自愈合性能；（I，J）储能模量、损耗模量及阶跃应变测试；（K）黏附性能；（L）剪切变稀测试；（M）Zn和Mn离子释放行为；（N）DFO药物释放行为；（O）外泌体释放行为。

（3）Exo/MOF@CPH水凝胶的生物活性及抗菌性能评价

图4A展示了Exo/MOF@CPH水凝胶生物活性（细胞增殖、迁移及管腔形成）与抗菌活性评价的实验设计。Live/Dead染色显示各组活细胞率为95.29%~99.87%，溶血率<5%（图4B、C）。EdU染色和CCK-8检测显示Exo/MOF@CPH组细胞增殖显著增强（图4D~G）。Transwell及划痕实验显示各组迁移细胞数逐渐增加（图4H~K）。体外管腔形成实验显示DFO@Mn-ZIF-8与UCMSC-exo可显著促进血管样结构形成（图4L~N）；RT-qPCR显示HIF-1α、VEGFA及ANGPT1基因表达上调，Exo/MOF@CPH组表达水平最高。抗菌实验显示MOF@CPH与Exo/MOF@CPH对金黄色葡萄球菌的抗菌率分别为91.45%和98.08%，对大肠杆菌分别为97.04%和94.67%（图4O、P）。生物膜抑制实验显示Mn-ZIF-8组死菌比例显著增加，结晶紫染色显示无染料附着，OD570值呈相同趋势（图4Q、4R）。

图4 Exo/MOF@CPH水凝胶的生物活性及抗菌性能评价。（A）示意图；（B，C）活/死染色及统计分析；（D，E）CCK-8细胞活力检测；（F，G）EdU细胞增殖染色及统计分析；（H，I）HUVECs Transwell迁移实验及统计分析；（J，K）HUVECs与L929成纤维细胞划痕实验及统计分析；（L~N）血管成管实验及统计分析；（O）抗菌实验菌落图像；（P）抗菌率统计；（G~S）生物膜抑制效果（共聚焦图像、结晶紫染色及OD570定量，标尺：100 μm、4 mm）。

（4）Exo/MOF@CPH的抗氧化及抗炎性能

图5A示意Exo/MOF@CPH的抗氧化与抗炎作用机制。Mn-ZIF-8的ABTS·+清除效率呈浓度依赖性（图5B），其SOD和CAT样酶活性源于Mn²⁺/Mn⁴⁺氧化还原对（图5E、F）；DFO负载后酶活性降低。DCFH-DA染色显示H₂O₂诱导的RAW 264.7细胞中，MOF@CPH和Exo/MOF@CPH组绿色荧光显著减弱，而Exo@CPH组效果有限（图5C、D），HUVECs呈相同趋势。流式细胞术显示LPS诱导后CD86⁺ M1型巨噬细胞比例在MOF@CPH和Exo/MOF@CPH组降低，Exo/MOF@CPH组CD206⁺ M2型细胞比例由5.62%升至9.41%，高于MOF@CPH组（图5G~I）。免疫荧光显示iNOS⁺细胞减少、Arg-1⁺细胞增加（图5J）；RT-qPCR显示IL-1β、iNOS、TNF-α mRNA下调，Arg-1、IL-10上调（图5K）。

图5 Exo/MOF@CPH的抗氧化及抗炎性能。（A）示意图；（B）ABTS·+清除能力；（C，D）细胞内ROS水平（DCFH-DA染色）及统计分析；（E，F）ZIF-8、Mn-ZIF-8及DFO@Mn-ZIF-8的SOD和CAT样酶活性；（G）Raw 264.7巨噬细胞CD86/CD206流式细胞术分析；（H，I）CD86⁺/CD206⁺细胞比例定量；（J）iNOS与Arg-1免疫荧光图像；（K）促炎及抗炎基因相对表达。

（5）糖尿病感染创面模型的体内愈合评价

图6A示意体内实验设计。体重与血糖监测见图S9。术后3天各组创面均出现不同程度感染，对照组脓性渗出最多（图6B）；Exo/MOF@CPH组愈合加速，第14天愈合率达99.41%，对照组仅77.12%（图6C）。H&E及MT染色显示：第7天Exo/MOF@CPH组肉芽组织厚度显著高于对照组及MOF@CPH组（图6D、E）；对照组炎症细胞浸润最严重，MOF@CPH与Exo/MOF@CPH组炎症较轻（图6F）；第14天Exo/MOF@CPH组新生表皮厚度接近正常皮肤，对照组未完全上皮化（图6G）。Masson三色染色显示MOF@CPH与Exo/MOF@CPH组新生胶原纤维比例约60%（图6H）。Exo/MOF@CPH组皮肤附属器（毛囊、皮脂腺）再生更显著（图6I）。

图6 糖尿病感染创面模型的体内愈合评价。（A）实验设计示意图；（B）第3、7、10、14天创面代表性照片；（C）创面愈合率定量分析；（D）第7、14天H&E及MT染色图像；（E）肉芽组织厚度；（F）炎症浸润面积；（G）表皮厚度；（H）胶原沉积；（I）毛囊数量。

（6）Exo/MOF@CPH的免疫组化及免疫荧光分析

IL-6阳性面积在MOF@CPH、Exo@CPH及Exo/MOF@CPH组显著降低，CD206阳性面积在Exo@CPH与Exo/MOF@CPH组最大（图7A、C、D）。第7天HIF-1α阳性面积在MOF@CPH与Exo@CPH组较对照组增加，Exo/MOF@CPH组表达最高（图7A、E）；VEGF与CD31表达呈相同趋势（图7B、H）。第14天CD31阳性血管密度在MOF@CPH与Exo@CPH组较对照组增加，Exo@CPH与Exo/MOF@CPH组血管管腔更大且α-SMA阳性平滑肌细胞覆盖更密集（图7B、I、J）。CK14分泌在CPH、MOF@CPH、Exo@CPH及Exo/MOF@CPH组逐渐降低，表皮厚度接近正常皮肤（图7A、F）；Ki67表达在各水凝胶处理组显著增强，Exo@CPH与Exo/MOF@CPH组高于MOF@CPH组（图7A、G）。

图7 Exo/MOF@CPH的免疫组化及免疫荧光分析。（A）IL-6、CD206、HIF-1α、CK14和Ki67的IHC染色；（B）CD31、VEGF和α-SMA的IF染色；（C~G）IHC定量分析；（H，I）第7天VEGF及第14天CD31荧光定量；（J）第14天CD31血管密度定量。

（7）新生皮肤组织的转录组测序分析

转录组测序分析显示，Exo/MOF@CPH组相较于对照组有1486个基因上调和1339个基因下调（图8A、B）。热图显示血管生成相关基因（Hif1a、Vegfa、Kdr）、抗炎基因（Il10、Tgfb1）、抑瘢痕基因（Klf4、Col3a1）及皮肤屏障基因（Flg2、Eln）显著上调，而促炎及促瘢痕基因（Acta2）下调（图8C）。GO富集分析显示表皮细胞增殖、出芽血管生成、细胞外基质组织及负调控炎症反应等生物学过程显著富集（图8D）。KEGG分析显示HIF-1、VEGF、PI3K-Akt、Ras、Rap1、黏着斑及肌动蛋白细胞骨架调控等信号通路激活（图8E）。弦图展示了关键基因与GO富集条目的关联（图8F）。GSEA进一步证实HIF-1与VEGF信号通路显著富集且核心基因呈上调趋势（图8G、H）。

图8 新生皮肤组织的转录组测序分析。（A）不同组间差异基因Venn图；（B）DEGs火山图（|log2(FC)|>1）；（C）DEGs聚类热图；（D，E）上调DEGs的GO和KEGG富集分析；（F）GO富集弦图；（G，H）HIF-1与VEGF信号通路的GSEA分析；（I）HIF-1α、VEGF、PI3K-Akt及JAK-STAT通路的WB分析；（J）水凝胶分子机制及信号通路示意图。