急性心肌梗死作为一种危重的缺血性心脏病，是最常见的心血管危急重症。虽然近年已有治疗药物和介入器械研发并广泛应用，但急性心肌梗死仍旧是全球范围内导致死亡和残疾的主要原因之一。研究表明，梗死心肌面积大小是决定患者预后的重要因素，因此，探索有效缩小梗死面积的新策略具有重要临床意义和应用价值。

在急性心肌梗死临床救治中，梗死面积主要由缺血性损伤和再灌注损伤共同构成，缺血时间越长梗死面积越大，故尽早再灌注是临床治疗心梗的首要目标。然而，再灌注治疗本身亦可引发额外损伤(即再灌注损伤)，进一步扩大梗死面积。因此，探寻能够同时干预缺血损伤和再灌注损伤的新策略，特别是及早干预缺血损伤(其在梗死面积形成中占主导作用)，理论上即可大幅缩小梗死面积。

2025年8月18日，同济大学附属东方医院心内科王娟教授团队(王娟教授现就职于上海中医药大学附属龙华医院心病科)在Nature communications杂志在线发表了题为“Plant-derived hydrogel and photosynthetic nano-units for myocardial infarction therapy”的研究论文。团队充分利用甘草不同部位，构建出包含“甘草酸水凝胶”和“纳米叶绿体单元”的双组分治疗系统。该系统成功将植物光合作用机制跨物种地应用于心肌梗死治疗，并实现心肌缺血损伤和再灌注损伤的同时干预观察研究。

首先，团队对甘草酸水凝胶的表征进行探究，揭示其疏松多孔结构、较强变形恢复能力以及良好生物相容性(图1)。

图1. 甘草酸水凝胶的制备及表征

体外细胞实验表明，“甘草酸水凝胶”可减轻细胞缺氧损伤和复氧损伤，且呈现出剂量效应关系和时间效应关系。机制上，甘草酸水凝胶通过上调胞内的谷胱甘肽合成酶和谷胱甘肽过氧化物酶1的表达实现活性氧(ROS)清除，并减少缺氧/复氧诱导的细胞死亡。

种植甘草，使用新鲜叶片制备出“纳米叶绿体单元”。体外实验表明其具备光合作用能力，且可在胞内生成ATP和NADPH来减轻细胞缺氧损伤及缺氧诱导的ROS生成(图2)。

图2. 纳米叶绿体单元的制备和表征

将“甘草酸水凝胶”和“纳米叶绿体单元”相混合构成治疗系统。该治疗系统在光照干预下可减轻H9C2细胞和原代心肌细胞的缺氧损伤和复氧损伤(图3)。 

图3. “纳米叶绿体单元”单用以及与“甘草酸水凝胶”联用对细胞缺氧/复氧(H/R)损伤的治疗效果 

大鼠心肌缺血/再灌注损伤(I/R)模型中，采用心包腔注射方式给药，确保药物作用既覆盖缺血阶段，又覆盖再灌注阶段。I/R术后2小时，心脏超声和TTC染色证实“纳米叶绿体单元+光照”干预可减轻心肌缺血损伤(提供ATP)。I/R术后第7天的心脏超声、第28天的马松染色均证实甘草酸水凝胶对再灌注损伤有治疗作用(清除ROS)。干预终点，即I/R术后第28天，心脏超声、马松染色及心电图比较研究表明：同时干预缺血损伤和再灌注损伤的“甘草酸水凝胶+纳米叶绿体单元”治疗组疗效最佳，其次是干预缺血损伤的“纳米叶绿体单元”治疗组，最后是干预再灌注损伤的“甘草酸水凝胶”治疗组(图4和图5)。

图4. “甘草酸水凝胶”和“纳米叶绿体单元”对大鼠I/R模型的治疗效果

图5. “甘草酸水凝胶”和“纳米叶绿体单元”对大鼠I/R模型的长期疗效 

综上所述，团队首次成功将植物光合作用元件跨物种地应用于心肌梗死治疗中。同时证实，“利用纳米叶绿体单元干预缺血损伤”和“利用甘草酸水凝胶干预再灌注损伤”的双阶段干预策略，其疗效优于单一阶段干预，这可能为心肌梗死的治疗提供新思路。

该研究首次应用甘草酸水凝胶通过心包腔注射递送治疗急性心肌梗死，将为甘草酸等可筛选中药提取物水凝胶通过心包腔等浆膜腔注射治疗疾病提供借鉴；该研究首次成功制备甘草叶纳米叶绿体凝胶并心包腔注射及经胸壁光照治疗心肌梗死，这将为筛选中药叶片提取纳米叶绿体单元这一植物光合作用元件跨物种应用于疾病治疗提供借鉴。

同济大学附属东方医院心血管内科王娟教授(现就职于上海中医药大学附属龙华医院心病科)为本文最后通讯作者。同济大学附属东方医院心血管内科博士生吕永波(现就职于陕西省人民医院)为本文第一作者。该工作得到了王娟教授主持的国家自然科学基金(81271927)和上海市自然科学基金(18ZR1431000)资助。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-025-62020-5

Tags： Nat Commun 王娟团队发现心包腔注射甘草酸水凝胶和甘草叶纳米叶绿体单元光合作用跨物种应用可减轻心肌梗死缺血/再灌注损伤