伤口愈合是一个长期的、多阶段的生物过程，包括止血、炎症、增殖和组织重塑，需要智能设计来提供全面且便捷的治疗。伤口的复杂性导致了缺乏足够的伤口治疗材料，这些材料必须系统地调节独特的伤口微环境。尽管已有多种综述聚焦于伤口愈合，但缺乏全面探讨基于自组装肽的水凝胶在伤口愈合中应用的综述。本综述全面总结了目前用于伤口愈合的基于肽的自组装水凝胶系统（图 1）。我们还讨论了自组装肽基水凝胶在各种伤口愈合过程中的作用和机制，包括止血、感染和炎症反应、增殖以及组织重塑。本综述介绍了几种自组装肽基材料及其独特优势，这些优势有望实现伤口治疗的时空控制。自组装肽基水凝胶敷料的个性化将为伤口治疗带来更多的临床和转化潜力。
图1 基于肽的自组装水凝胶对伤口愈合过程影响的示意图
2 基于肽的自组装水凝胶的特性
由于基于肽的自组装水凝胶在生物医学领域具有出色的特性，它们能够发挥多种功能促进伤口愈合，并对复杂的伤口愈合过程实现时空控制（图 4）。本节描述了基于肽的自组装体的一些关键生物功能，包括配体 - 受体识别、刺激响应性自组装以及模拟细胞外基质。这些特性使基于肽的自组装材料在伤口愈合方面比其他材料具有更好的治疗潜力。
图4 基于肽的自组装水凝胶的优势。基于肽的水凝胶能够对伤口愈合过程进行时空控制。在时间控制方面，基于肽的水凝胶能够实现长期伤口治疗、持续药物释放以及可控降解。在空间控制方面，柔软的水凝胶能够贴合伤口组织边缘，纳米纤维结构能够模拟细胞外基质，支架能够调节伤口微环境。
2.1 配体-受体识别
短肽已被广泛用作靶向配体，基于配体-受体特异性结合来引导药物输送。将肽配体添加到其他生物惰性基质中，可使所需的组织或受体成为靶点。为了实现伤口的靶向治疗，可根据组织或细胞的特征设计肽序列。
例如，RGD（精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸）是一种具有生物活性的细胞黏附配体，因其能够靶向细胞膜上的整合素受体、促进细胞迁移以及加速肉芽组织的形成，已被广泛用于加速伤口愈合过程。此外，包括 CAG、REDV 和 YIGSR 在内的几种活性肽能够被内皮细胞（ECs）明确识别。因此，这些肽可用于修饰材料以实现内皮细胞的选择性黏附。同时，这些活性肽还能刺激内皮细胞增殖，从而促进伤口治疗过程中的血管形成。此外，带有正净电荷的相对较短的细胞穿透肽（例如 sC18）可以与促进伤口愈合的肽 Tylotoin 相结合，以提高 Tylotoin 穿过细胞膜进入角质形成细胞的能力。内化的肽进一步促进角质形成细胞的增殖，这是伤口愈合过程中的关键步骤。
2.2 刺激响应型自组装
基于肽基材料中相对较弱的组装相互作用，诸如 pH 值、温度、离子和酶等各类生理参数可用于精确调节非共价相互作用，并调控肽的组装及性能（图 5A 和表 2）。合理设计的肽在生理刺激下可发生溶液到凝胶的转变，注射后能促进快速止血和伤口填充（对于不规则或深伤口），此外，利用刺激响应型材料还能实现伤口治疗药物的可控释放。
图5 ：肽的刺激响应自组装。A）肽基自组装对 pH 值、温度、离子和酶的响应示意图。B）pH 值的变化触发 C16H6-OEG 纳米纤维的可逆组装和解组装。低温透射电子显微镜（cryo-TEM）图像和小角 X 射线散射图谱表明，PA 在 pH 值为 7.5 时组装成纳米纤维，在 pH 值为 6.0 时解组装，且此过程可逆。C）温度驱动的自组装结构（C16-KKFFVLK）的螺旋形成和解旋的可逆性。cryo-TEM 图像显示加热时发生解旋转变形成扭曲带，冷却时纳米管和带状结构重新形成。D）铜离子促使肽（FFD/GHK）形成长纤维水凝胶。透射电子显微镜（TEM）图像显示，Cu2+ 的存在促进了三肽的组装，从而形成水凝胶。E）酶促水解促进 Fmoc 二肽甲酯的自组装、成核和结构生长。对应不同酶浓度的原子力显微镜（AFM）图像表明，增加酶浓度会促进 π-π 相互作用，并导致更有序的纤维超分子结构。
2.2.1 对 pH 值的响应性
pH 值是一种易于控制且被广泛研究的刺激因素。在肽序列中的氨基酸残基中，pH 值主要影响氨基和羧基。带电氨基酸是设计 pH 值响应型自组装分子的关键。溶液的 pH 值通过调节氢键供体和受体位点之间的竞争溶剂化作用，影响肽自组装材料的电荷和其他性质。例如，随着溶液 pH 值的升高，PA 的结构通常会从球形胶束转变为纳米纤维。一种含寡组氨酸 H6 的基于肽的两亲分子能够响应 pH 值变化而可逆地自组装。在 pH 值为 7.5 时，它自组装成纳米纤维，在 pH 值为 6.0 时则分解成球形（图 5B）。此外，由于电荷分布的不同，不同的基于肽的序列对 pH 值会有不同的响应。在 pH 值为 4 时，由 PA 引发的 pH 值触发自组装形成了长纳米纤维支架，当 pH 值升高时则分解。除了 PA 之外，pH 值还会引发阳离子肽（I6K5）几何形状的变化。在弱酸性环境中，许多无规卷曲结构形成，导致纳米粒子（NPs）破坏。这种刺激触发的自组装过程在细胞摄取和药物输送方面有着广泛的应用，也为制备生理 pH 响应性伤口敷料提供了灵感。
表 2. 基于刺激响应肽的自组装体
2.2.2 对温度的响应性
温度是形成基于β-折叠肽的纳米纤维的重要刺激因素。温度能够改变肽自组装的驱动力，从而调节自组装的机制和过程。对聚酰胺酸（PA）的研究表明，温度会影响所形成纳米纤维的长度，而退火过程提供的额外热能能够促使具有β-折叠二级结构的纳米纤维成核和快速生长。此外，随着温度的升高，自组装形成的β-折叠结构的比例也会增加。例如，淀粉样β肽 C16-KKFFVLK 对温度变化有响应性，在加热时会显著解旋。在 20°C 时，它自组装成螺旋带和纳米管，而加热至 55°C 时则形成扭曲带（图 5C）。由于β-折叠含量会影响水凝胶的机械刚性，因此在制备具有合适硬度的基于肽的支架时，温度调节至关重要。
2.2.3 对离子的响应性
诸如 Cu2+、Ca2+ 和 Zn2+ 等金属离子能够调节蛋白质的功能。因此，离子触发的基于肽的自组装材料受到了广泛的研究关注。离子能够识别单个的多肽序列，促进分子间的交联，并促使多肽自组装成稳定的结构。
通过改变水溶液的离子强度，可以对自组装的淀粉样蛋白纳米片的结构和产量进行微调。乌利恩及其同事将具有结构形成作用的三肽 FFD 与具有功能性的三肽 GHK 共组装，并通过实验和计算发现，铜离子促进了肽组装成具有高度有序纳米结构的水凝胶（图 5D）。临床试验表明，用 GHK-Cu 进行治疗可以改善糖尿病患者的皮肤溃疡。GHK-Cu2+ 复合物通过调节细胞黏附、迁移和增殖相关的细胞外基质中的糖胺聚糖和蛋白聚糖的表达来促进伤口修复过程。肽基纳米材料的自组装也可以通过带负电荷的脂质膜诱导表现出抗菌活性。
2.2.4 对酶的响应性
酶生物催化在许多研究中被用于诱导原位肽自组装。在酶的作用下，前体分子转化为可自组装的水凝胶剂，然后自组装成纤维状水凝胶。酶响应性水凝胶分子通常包含一个裂解序列或一个酶响应性基团。酶响应通常涉及酶催化的化学键断裂（例如，磷酸酶对磷酸基团的去磷酸化、酯酶对酯键的水解、MMP-9 对酰胺键的水解以及枯草蛋白酶对肽键的水解）。当使用一对酶（例如，激酶/磷酸酶和热溶菌酶/枯草蛋白酶）时，酶响应系统中既涉及键的断裂又涉及键的形成反应。因此，通过酶促开关反应可以实现溶胶-凝胶-溶胶的相转变。
例如，枯草杆菌蛋白酶能够水解甲基酯基团以引发成核作用，促进自组装肽衍生物的早期结构生长，并在添加额外酶后最终形成更长的纳米纤维（图 5E）。此外，酶促自组装使基于肽的材料能够对不同疾病中过度表达的酶作出反应，从而改善治疗效果。
2.3 模拟细胞外基质
细胞外基质（ECM）由几何排列的胶原纳米纤维组成，它在组织重塑过程中充当细胞的支架，并提供高度定义的微环境，这对于受损组织的修复至关重要。基于肽的自组装水凝胶由于其生物降解性和无毒性而避免了免疫原性；它们还能自发且迅速地形成缠结的纳米纤维网络，无需化学交联反应或额外成分。因此，通过自组装制备的基于肽的水凝胶能够模拟天然细胞外基质的结构和功能，从而提供类似于体内环境的微环境。
例如，由磷酸肽及其受体糖肽组成的 sPGP 通过酶促反应在细胞膜表面自组装成分级纳米纤维。肽组装体充当细胞外基质（ECM），可迅速将二维细胞片转变为三维细胞球体，并控制细胞行为。模拟天然细胞外基质的肽基或蛋白质基自组装水凝胶能够促进细胞附着和扩散以及细胞增殖，因为这些水凝胶能够像天然细胞外基质一样锚定细胞。细胞外基质还会影响肿瘤的侵袭和转移。设计了一种成分是 BP-KLVFFK-GGDGR-YIGSR 的人工细胞外基质（AECM），其可转化为纳米纤维缠绕在实体肿瘤周围形成 AECM，从而防止肿瘤进一步侵袭和转移。
由于肽基水凝胶能够模拟细胞外基质（ECM）来调节细胞命运，并且与软组织极为相似，因此它们是很有前景的伤口治疗生物材料。肽基水凝胶能够靶向细胞外基质内的信号，响应细胞外基质的刺激，模拟细胞外基质，并调节组织微环境。这些特性使基于肽的自组装材料成为很有希望的伤口愈合敷料候选材料。
3 用于伤口治疗的肽基水凝胶的合理设计
自组装肽基水凝胶易于配制，可将药物、细胞因子或细胞输送到所需位置，然后分解为具有生物活性的肽序列或天然氨基酸，用于修复周围组织。因此，这些水凝胶已被广泛应用于伤口愈合的各个阶段，包括止血、感染和炎症调节、细胞增殖以及组织重塑（表 3）。
表 3. 具有伤口愈合潜力的基于肽的自组装材料实例，GAG: glycosaminoglycans; AMP: antimicrobial peptide; Dex: dexamethasone; IPF: ibuprofen; Ket: ketoprofen; ECM: extracellular matrix; VEGF: vascular endothelial growth factor; MMP: matrix metalloproteinase; NO: nitric oxide; ROS: reactive oxygen species.
3.1 快速止血
作为一种止血剂，水凝胶可通过物理和化学过程止血，从而在止血控制方面表现出色，具有良好的治疗潜力。基于肽的纳米纤维能够附着在伤口部位，并自组装成水凝胶屏障以封闭伤口，实现完全止血（图 6A）。在止血过程中，基于肽的纳米纤维一旦接触到血液，可能会形成血凝块，捕获血液成分并促进血小板黏附（图 6B）。纳米纤维网络对血液成分的物理捕获类似于自然凝固的纤维蛋白凝块的行为。因此，基于肽的水凝胶已被报道在止血时间上显著短于其他止血材料（如纱布和壳聚糖）（在 1 分钟内）。
图6 自组装肽的止血特性。A）自组装肽止血屏障的示意图。B）肽纳米纤维水凝胶（RADA16-I）的止血机制。悬浮实验表明纳米纤维与红细胞缠绕，使其保持悬浮状态，扫描电子显微镜（SEM）图像显示交织的纳米纤维捕获血液成分并形成血凝块以加速止血。C）短肽（I3QGK）水凝胶的止血特性和机制。在转谷氨酰胺酶（TGase）存在下，I3QGK 聚合成刚性水凝胶，在肝创伤模型中通过凝固血液和促进血小板黏附表现出足够的止血效果。D）长肽（RADA16-I）的止血特性。原子力显微镜（AFM）图像显示，兔耳中动脉的血液可诱导形成血-水凝胶。在松质髂骨缺损模型中，10 秒内实现了止血（蓝色圆圈）。
据报道，一种短的自组装肽（I3QGK）在转谷氨酰胺酶（TGase）的调控下可形成水凝胶，并在肝创伤模型中显示出快速有效的止血效果，且细胞毒性低，无非特异性免疫反应（图 6C）。较长的离子互补自组装肽 EAK16 和（RADA）4 也被用于止血，并在横断肝实验中显示出快速止血效果。有趣的是，D-EAK16 在生理条件下形成水凝胶所需的时间（约 20 秒）明显短于在水中形成水凝胶所需的时间（16 小时）。（RADA）4 在松质髂骨缺损模型中表现出即时止血效果（约 10 秒）（图 6D），并且（RADA）4 纳米纤维显示出良好的血液相容性，在使用后未观察到明显的红细胞或血小板损伤。通过将 RADA 的酸性 pH 值优化，用弱酸性谷氨酸和碱性苏氨酸残基替换强酸性天冬氨酸残基，可有效缩短兔肝损伤创面模型中的止血时间。多肽修饰可用于获得具有强大止血性能的水凝胶。例如，超荷化多肽（SUPs）和仿生合成表面活性剂可通过静电复合形成不膨胀的粘合材料。在猪肝和肾出血模型中，SUP 胶水表现出组织粘合和止血效果，在 10 秒内即可抑制出血。
基于肽的材料由于能够自组装成纳米纤维水凝胶，因而具有出色的止血潜力。然而，大多数止血材料仅适用于形状规则且血流低的伤口。在形状不规则的伤口（例如位于身体活动部位的伤口）中，由于血流高且难以将治疗材料有效施用于伤口部位，止血控制较为困难。因此，未来设计适用于特定应用的肽基止血水凝胶非常重要。未来的研究应侧重于具有高粘度和延展性、能够在原位自组装以适应出血组织的功能性肽基材料。
3.2 防止伤口感染
伤口愈合过程中最常见的挑战是防止微生物入侵导致的感染，尤其是糖尿病患者的伤口。耐药菌株如金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌可引发术后感染，特别是在烧伤和慢性伤口中，这会导致伤口愈合延迟和死亡率上升。为解决这一问题，基于肽的材料已被开发为对抗感染的有效防御武器。例如，与抗生素相比，细菌对抗菌肽（AMPs）表现出无耐药性或较低的耐药性，这有利于无菌伤口愈合。目前的治疗方法通常利用不同肽基材料系统的阳离子特性、自组装结构和携带杀菌剂的能力来预防感染和治疗感染伤口（图 7A）。
3.2.1 富阳离子抗菌肽
富含赖氨酸和精氨酸的富阳离子自组装肽具有多阳离子表面，对多种革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌表现出抗菌活性。富阳离子抗菌肽与细菌细胞膜结合，破坏膜电位，改变膜通透性，导致代谢物泄漏，最终导致细菌细胞死亡。
例如，阳离子自组装水凝胶 MAX1 和 MARG1 具有固有的抗菌活性。MAX1 的肽纤维完全由赖氨酸残基组成，可抵抗细菌感染。在 MARG1 中，精氨酸的添加增强了抗菌性能。精氨酸的含量会影响抗菌肽水凝胶的性能。四种精氨酸含量不同的肽表现出不同的机械、抗菌和溶血特性。许多其他富含赖氨酸和精氨酸的自组装肽（例如多域肽和脂肽）也通过破坏细菌细胞膜表现出广谱抗菌活性。例如，阳离子多域肽（MDP）D-W362 通过 D-W362 纳米纤维与膜之间的相互作用使细菌细胞膜变形和破裂（图 7B）。与传统的抗菌肽不同，自组装阳离子抗菌肽具有良好的血液相容性，对膜具有选择性，并且能够无害地穿过哺乳动物细胞膜；因此，它们在正常细胞中不会产生毒性作用。
3.2.2 抗菌自组装肽
不带电荷的肽也能自组装成纳米纤维，通过破坏细菌细胞膜而表现出抗菌活性。最简单的中性自组装抗菌肽是 FF。FF 处理会导致细菌细胞的外膜和内膜渗透和去极化，这从膜上出现大量裂口和撕裂处可以观察到（图 7C）。值得注意的是，正是 FF 自身的自组装特性赋予了其抗菌活性。相比之下，不自组装的 GG 则没有抗菌活性（图 7C）。因此，基于 FF 的化学修饰可以提高短自组装抗菌肽剂的效力。
用 Fmoc、萘和其他氨基酸对 FF 进行修饰，能够通过形成破坏细菌细胞膜的纤维结构来产生抗菌效果。几种基于 Fmoc 的肽（例如 FmocF 和 FmocFF）对大多数耐药生物膜表型均表现出活性。向这些基于 Fmoc 的制剂中添加阳离子肽（例如 FmocFFKK、FmocFFFKK 和 FmocFFOO），能使短肽在更低浓度下发挥抗菌作用。在上述材料中用萘（Nap）替代 Fmoc，可保留杀菌特性，同时减轻 Fmoc 可能带来的毒性影响。经氨基酸修饰的 FF 材料也具有抗菌性能。例如，抗菌肽 KRRFFRRK（FF8）能够在带负电荷的脂质膜上自组装成纳米纤维，破坏革兰氏阴性菌的细胞膜，从而实现抗菌效果。
3.2.3 肽与杀菌剂的结合
肽基材料与杀菌剂的结合已成为治疗慢性伤口和损伤的一种有前景的方法。金属基纳米颗粒是常见的抗菌剂。银（Ag）纳米颗粒就是一个典型的例子。银化合物对多达 12 种革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌具有广泛的抗菌活性，并且与传统抗生素相比具有某些优势。对于本身不具备抗菌活性的自组装脂肽，掺入银可形成抗菌水凝胶。以 Ag-Ac-LIVAGK-NH2（Ag-Ac-LK6-NH2）为例，在银纳米颗粒存在的情况下，水凝胶的机械刚度会增加。银纳米颗粒在原位的持续释放可防止细菌感染，尤其是对铜绿假单胞菌。
抗菌肽也与其他金属基纳米颗粒结合以增强抗菌活性。例如，抗菌肽 UBI29-41（PEP）与功能化硒纳米颗粒结合，并与钌配合物结合。纳米颗粒破坏细菌膜以杀死细菌，而 PEP 可以靶向细菌以提高纳米颗粒的杀菌效果。基于体内抗菌实验，PEP 显示出有效的抗菌作用，并促进感染伤口的愈合（图 7D）。其他功能性杀菌剂，如金纳米颗粒、多酚和氟化物也显示出出色的抗菌效果。将这些杀菌剂与自组装肽水凝胶结合有望进一步提高抗菌性能。这些原位释放杀菌剂的肽基水凝胶可以预防伤口感染（例如烧伤伤口）并减少慢性伤口的持续炎症。
图7 自组装肽的抗菌特性。A）三种基于抗菌肽的自组装材料的示意图：通过阳离子特性、组装结构和杀菌剂递送来杀灭细菌的材料。B）自组装阳离子肽（D-W362：dWdK3(QL)6dK2）破坏细菌细胞膜。扫描电子显微镜（SEM）和负染透射电子显微镜（TEM）图像显示，D-W362 目标细菌细胞膜并导致局部膜变形和破裂。C）自组装中性肽 FF 变形并破坏细胞膜。扫描电子显微镜图像显示，FF 自组装成纳米纤维。高分辨率扫描电子显微镜显示，与未自组装的 GG 处理的细菌相比，用 FF 处理的细菌细胞膜受损。所提出的机制示意图表明，FF 导致膜形态发生严重变化。D）与功能化纳米粒子（Se@PEP-Ru 纳米粒子）相连的抗菌肽用于细菌感染的靶向治疗。扫描电子显微镜图像显示，与对照组相比，Se@PEP-Ru2 纳米粒子对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的细胞膜造成了更多的形态变化。纳米粒子通过严重破坏细菌细胞和细胞质膜的完整性来杀死细菌。
3.3 抗炎活性
一旦发生严重的细菌感染，炎症反应可能会升级到有害的程度，随着伤口的发展，导致长期的全身性炎症。在这种情况下，需要有效的策略来对抗炎症。抗炎药物（包括类固醇和非类固醇）常用于治疗慢性伤口的炎症。然而，口服药物给药可能会对胃肠道、肾脏和心血管系统造成不良反应，而局部纳米载体给药则会导致抗炎药物在伤口中的保留时间短且释放不可控。基于肽的自组装水凝胶的局部制剂能够将传统的抗炎药物封装在肽组装体中，从而实现药物的可控释放，提高抗炎药物的生物传递和生物利用度，从而减少植入物相关的炎症，并降低抗炎过程中的毒性副作用。
3.3.1 肽与抗炎药物的共组装
共组装是一种有效策略，既能增强抗炎药物的治疗效果，又能减少其不良副作用。地塞米松（Dex）是一种有效的抗炎药物和免疫反应抑制剂。梁及其同事开发了一种策略，用于在细胞内共组装肽和地塞米松，以增强地塞米松的抗炎能力。炎症巨噬细胞膜上过表达的碱性磷酸酶（ALP）作为催化剂，使肽前体（Nap-Phe-Phe-Tyr(H2PO3)-OH）和地塞米松磷酸钠去磷酸化，然后在细胞内共组装。实验表明，ALP 诱导的细胞内共组装极大地增强了地塞米松在炎症细胞中的抗炎效果。这种方法为提高抗炎药物的疗效提供了新的思路。
3.3.2 抗炎药物的肽化学修饰
化学修饰的生物偶联策略可用于抗炎药物，赋予其额外的有益特性。通过化学键连接的自组装肽和药物具有良好的组装效率、稳定性和抗炎效果。肽 Nap-Phe-Phe-Lys-Tyr(H2PO3)-OH 和 PAs 可分别通过酯键和可水解的腙键与地塞米松共价偶联。此外，布洛芬可通过可裂解的酯键与肽 GFFY 连接，并自发形成水凝胶。由于在炎症部位增强了组织滞留和酶活性，水凝胶能够缓慢释放抗炎药物，并促进局部抗炎作用。此外，各种非甾体抗炎药（NSAIDs）可与自组装短肽序列（含 Phe-Phe 的序列）偶联。自组装短肽与 NSAIDs 的共价偶联已被证明可提高对环氧化酶 -2 的选择性抑制作用。这些分子能够组装成水凝胶，并有效保持非甾体抗炎药（NSAIDs）的活性，为抗炎治疗提供了一种新型水凝胶。值得注意的是，地塞米松（Dex）治疗的一个不良副作用是其降低周围组织中血管内皮生长因子（VEGF）的水平，从而阻碍血管生成并延缓伤口愈合。因此，非甾体抗炎药可能在治疗伤口炎症方面具有更大的潜力。
总体而言，通过共组装或与抗炎药物偶联获得的肽基水凝胶可用于治疗局部炎症，同时延长药物的保留时间并减少副作用，且不会影响药物活性。更重要的是，由于伤口愈合是由各种免疫细胞和信号分子介导的，与炎症相关的免疫反应已成为重要的研究课题。
3.4 增殖与重塑
在伤口感染得到控制之后，随后的皮肤和组织增殖阶段对于伤口成功愈合至关重要。此阶段涉及血管生成、成纤维细胞和角质形成细胞增殖以及胶原蛋白沉积。具有与细胞外基质相似特性的肽基水凝胶已被广泛开发为组织工程的三维支架。
3.4.1 用于血管生成的肽及肽 - 一氧化氮水凝胶
新生血管化能显著改善伤口微环境并促进伤口愈合过程。若没有充足的血液供应直接交换氧气、营养物质和代谢废物，新组织就不会生长或修复伤口。自组装纳米纤维基质在血管问题的应用中展现出极佳的潜力。有趣的是，基于其生物活性以及传递特殊化学信号分子的能力，自组装肽能够促进伤口中的血管生成过程（图 8A）。
图8 自组装肽的血管生成特性。A）促进血管生成的自组装肽和含一氧化氮肽水凝胶的示意图。B）肽水凝胶 K2(SL)6K2 皮下注射部位高度血管化。扫描电子显微镜图像显示了由肽自组装形成的纤维网络结构。水凝胶中血管的 H&E 染色图像和血管数量的图表明，肽水凝胶的植入可以促进血管生成。C）一种与 VEGF 结合的自组装肽激活受体以促进血管生成。肽水凝胶支架皮下植入后，可以看到大量血管。Masson 三色染色图像进一步表明血管形成。D）释放一氧化氮的水凝胶促进伤口血管生成：β-半乳糖苷酶触发一氧化氮释放并促进肽凝胶化；每高倍视野中染色微血管的数量表明，一氧化氮凝胶+半乳糖苷酶组显著促进伤口皮肤的血管生成。E）一氧化氮凝胶与间充质干细胞协同诱导新生血管形成。体内伤口愈合实验的图像显示，嵌入骨髓间充质干细胞的一氧化氮凝胶组的伤口闭合速度比其他实验组更快。凝胶栓血管生成测定结果和可灌注血管形成的三维可视化表明一氧化氮凝胶诱导血管生成的能力。
基于肽的纳米纤维水凝胶网络能够促进血管生成，且无需添加其他物质。在皮下注射 MDP 水凝胶 1 周后，水凝胶部位高度血管化（图 8B）。促血管生成作用与水凝胶注射后的急性炎症反应有关，这导致水凝胶募集的细胞分泌细胞因子和生长因子，这些因子转移到组织中引发级联反应。血管内皮生长因子（VEGF）促进伤口中的血管生成，许多研究通过靶向 VEGF 及其受体来调节血管生成反应。与其他基于肽的水凝胶相比，基于 VEGF 的肽水凝胶具有更好的促血管生成特性。模拟 VEGF 片段的肽 QK 能够与 VEGF 受体结合，是一种潜在的血管生成激动剂。此外，具有基质金属蛋白酶（MMP）敏感位点的肽基水凝胶能够控制 VEGF 的释放以促进血管生成。Slanc 是一种由 QK 和 MDP 组成的复合肽，带有 MMP-2 切割序列，注射后形成水凝胶，经 MMP-2 消化后释放 VEGF 模拟物。这些 VEGF 模拟物进一步与 VEGF 受体结合以促进血管生成（图 8C）。植入物在发挥预期作用后可被降解，然后由原生组织替代，且不会引起额外的炎症。它在严重缺血组织中也具有出色的促血管生成效果。将 QK 与自组装肽结合可以有效促进血管生成。例如，QK 与肽两亲物（PA）和 RADA16（一种脂肪族自组装肽）结合，以促进缺血组织中的血管生成。
一氧化氮（NO）是一种重要的信号分子，能够促进血管生成。NO 通常是由血管内膜完整内皮细胞产生的内源性血管扩张剂。NO 是伤口愈合领域中一个新兴的研究分子，因为它已被证明能够通过促进内皮细胞生长和迁移以及从现有血管生成新血管来促进伤口修复。因此，将短肽序列与 NO 供体相结合是构建自组装水凝胶的一种有效策略。例如，通过 Cu(I) 催化的点击反应，由含短肽衍生物的炔烃和含笼状 NO 供体的叠氮化物形成了一种酶可控的 NO 释放水凝胶剂（Nap-FFGGG）。这种水凝胶剂在β-半乳糖苷酶存在下能够释放 NO。在受伤皮肤局部释放 NO 显著促进新生血管形成，从而加速伤口愈合过程（图 8D）。
携带干细胞的 NO 凝胶的使用是促进血管生成的另一种策略。NO 的存在通过调节旁分泌效应、内皮细胞分化和周细胞功能来促进人骨髓间充质干细胞（hMSCs）的血管生成。基于明胶的水凝胶与 MSCs 的共移植具有显著的促血管生成作用。NO 的释放和 hMSCs 协同诱导新血管的形成并促进伤口愈合（图 8E）。携带不同类型的干细胞（包括脂肪源性 MSCs（ADSCs）和骨髓 MSCs（BMSCs））的水凝胶可能会导致不同的愈合速度（例如，嵌入 BMSC 的 NO 凝胶的伤口闭合速度比嵌入 ADSC 的 NO 凝胶更快），这揭示了在共培养系统中选择适当干细胞以促进血管生成的重要性。
3.4.2 用于再上皮化的肽基纤维网络支架
在伤口愈合过程中，再上皮化能够促进伤口闭合并降低持续性炎症的风险。无法再上皮化是慢性难愈性伤口的一个特征，会阻碍伤口有序且及时地愈合。由于其纳米纤维几何结构，肽基自组装水凝胶能够提供稳定的纤维支架，其特性类似于天然细胞外基质（ECM），有可能在体内模拟 3D ECM 微环境。因此，自组装肽具有独特的优势，包括能够快速与宿主组织整合，并促进细胞增殖和迁移。肽基水凝胶支架无论是否含有生物活性序列，都能促进细胞增殖和迁移，从而有助于各种伤口的再上皮化（图 9A）。
通过短肽的自组装形成的水凝胶能够提供稳定的纳米纤维网络结构，同时促进上皮和真皮的再生。与市场上其他敷料相比，两种结构相似的超短脂肪族肽水凝胶（Ac-ILVAGK-NH2 和 Ac-LIVAGK-NH2）能够加速烧伤创面坏死焦痂组织的自溶脱痂以及上皮再生，且不会加剧炎症反应（图 9B）。通过在肽序列中添加半胱氨酸（LIVAGKC）进行优化，水凝胶的保留时间通过二硫键交联得以延长。当作为新型敷料使用时，这种 LIVAGKC 水凝胶实现了小鼠全层切除创面的完全再上皮化。
图9：自组装肽纤维支架的再上皮化特性。A）自组装肽支架及自组装肽结合功能分子促进再生的示意图。B）一种自组装短肽支架促进烧伤表皮组织的再生。场发射扫描电子显微镜图像显示了短肽 Ac-ILVAGK-NH2 的类细胞外基质纳米纤维和片状结构。显示伤口再上皮化（E）和肉芽组织（G）测量结果的图像表明，水凝胶加速了新表皮组织的再生。C）基于肽的纤维支架（RADA16）与层粘连蛋白衍生的 IKVAV 结合促进脑组织再生。原子力显微镜图像显示了肽的纳米纤维结构。脑伤口缺损的形态学检查和 H/E 染色图像表明，RADA16-IKVAV 处理后伤口大小减小，并且可以看到新形成的细胞外基质组织。免疫组织化学结果也表明了神经脑组织的再生。
尽管自组装肽作为支架展现出前景，但其与细胞的特定相互作用有限。将生物活性表位引入基于肽的水凝胶中可以促进细胞黏附和增殖。由于其兼具结构和黏附框架的双重作用，RGDS、YIGSR 和 IKVAV 作为细胞外基质模拟物已被研究。它们可以与自组装肽序列结合，以增强细胞黏附，从而为再上皮化提供更有效的支架。例如，与单独使用 RADA16 相比，将 RADA16 与 RGDS 和 YIGSR 结合进一步促进了肝组织再生。此外，封装神经干细胞的 RADA16-IKVAV 水凝胶显著促进了脑神经组织的修复和再生（图 9C）。
慢性伤口，比如糖尿病患者的伤口，通常表现出高水平的活性氧（ROS）以及由于基质金属蛋白酶（MMPs）水平升高而导致的细胞外基质（ECM）降解增强，这会导致血管生成受损和细胞迁移受阻。最近，肽 QHREDGS 被发现能通过促进再上皮化和肉芽组织形成来加速糖尿病小鼠伤口的愈合。然而，还需要进一步分析来解决慢性伤口中不受控制的血管生成和再上皮化受损的问题。
3.5 用于时空控制伤口愈合的高级自组装肽基材料
在临床应用中，伤口的组织环境微妙且复杂，仅具有单一功能的伤口敷料通常不足以满足需求。因此，设计能够对伤口愈合过程的多个阶段进行时空控制的更高级肽基材料至关重要。肽基水凝胶能够为长期伤口治疗提供有效的时序控制，实现药物的持续释放以及可控降解。同时，肽基水凝胶还能提供空间控制，具体表现为：柔软的水凝胶能够贴合组织边缘；纳米纤维结构模仿天然细胞外基质；水凝胶作为支架调节伤口微环境。因此，利用其刺激响应性自组装特性，肽基水凝胶的个性化设计在响应伤口组织内动态变化的多模式治疗方面展现出巨大潜力。此外，精心设计的水凝胶敷料所形成的稳定纤维支架还能调节和重塑伤口微环境。本节重点介绍两种利用肽基材料进行具有时空控制的先进伤口治疗的方法：多模式伤口治疗和伤口微环境调节（图 10A）。
图10 ：用于时空控制伤口愈合的肽基自组装材料。A）具有时空控制的伤口治疗示意图。用于伤口治疗的具有时间控制功能的肽基材料的多种功能。B）TCP-25 水凝胶作用于伤口感染及伴随的炎症。细菌感染的迷你猪伤口治疗的照片显示，与常见的伤口治疗剂相比，TCP-25 水凝胶能使感染伤口更快愈合。体内炎症成像也表明 TCP-25 水凝胶具有显著的抗炎活性。C）HM-PA 水凝胶促进伤口血管生成及后期胶原再生。血管染色图像显示，在第 7 天，肽纳米纤维治疗显著增强了伤口部位的血管生成。Picrosirius 红染色图像表明，肽纳米纤维支架具有良好的伤口胶原沉积能力。基于肽的材料在伤口治疗中对免疫微环境的空间控制调节。D）BQA-GGFF 模拟中性粒细胞胞外陷阱（NETs）的免疫过程来调节伤口微环境并促进伤口愈合。BQA-GGFF 在炎症活性氧的触发下自组装成荧光纳米纤维。使用导管相关感染模型进行的实验表明，与 PBS 对照组相比，用 BQA-GGFF 治疗的伤口愈合得更快。E）自组装阳离子抗菌肽模仿人体防御素 6（HD6）来捕获细菌。HDMP 在人体内模仿 HD6 捕获细菌的示意图。HDMP 纳米颗粒在金黄色葡萄球菌表面原位组装成纳米纤维并捕获它们，从而抑制细菌入侵。
3.5.1 用于伤口愈合的多模式肽基水凝胶
伤口愈合是一个长期且持续的过程，涉及止血、感染和炎症反应、血管生成以及再上皮化等多个阶段。尽管我们主要关注设计用于伤口愈合特定阶段的肽基材料，但上述肽基水凝胶可能在相对较长的时间内影响整个伤口愈合过程。通过合理设计分子，水凝胶能够在伤口愈合的不同阶段提供时间可控、多模式的治疗。近年来，具有长期、多重治疗效果的凝胶敷料在伤口治疗中得到了发展。
越来越多的证据表明，许多抗菌肽在伤口中具有多种作用。除了抗菌作用外，它们还具有多种免疫调节作用，并能促进血管生成。[136] 此外，抗菌肽还能激活宿主防御肽（HDPs），这是先天免疫系统的一部分。一系列模拟 HDPs 的凝血酶衍生肽（GKY25、HVF18 和 TCP-25）被发现能通过预防感染及伴随的炎症促进各种伤口的愈合。在一项研究中，模拟伤口内源性 HDP 的 TCP-25 功能化水凝胶被发现具有两种治疗效果：它们与细菌脂多糖结合以杀灭细菌，并防止脂多糖诱导的炎症（图 10B）。[137] 在另一项研究中，一种模拟肝素的基于肽的水凝胶支架（HM-PA）通过改善肝素的一个关键缺陷（其在生物环境中快速降解）促进了伤口愈合。[138] HM-PA 水凝胶在早期再生期间增加了血管生成活性，并在烧伤后期促进了再上皮化和肉芽组织形成（图 10C）。
值得注意的是，急性感染伤口和慢性感染伤口的愈合过程是不同的。慢性伤口长期的炎症会抑制血管的形成，阻碍伤口组织的再生，导致伤口愈合所需的时间更长。因此，迫切需要进一步研究设计可调控时间的肽基水凝胶，以控制慢性伤口的炎症并调节伤口重建。
3.5.2 用于调节和重塑伤口微环境的肽基水凝胶
动态的伤口愈合过程涉及周围的血管、免疫细胞、生物分子以及细胞外基质，它们共同构成了特定的伤口微环境。伤口愈合机制的复杂性凸显了针对伤口微环境进行干预的重要性，这代表了促进伤口愈合的一个新的且有前景的方向。
许多肽能够自组装形成水凝胶中的缠结纳米纤维网络，这种网络在空间上模拟细胞外基质（ECM），并调节伤口微环境以实现伤口治疗。[80] 近年来，许多模拟细胞外基质的肽水凝胶已实现商业化。例如，纳米纤维肽水凝胶 PuraStat 已被临床证明在控制不同类型的胃肠道出血方面安全有效。RADA16 是一种用于组织工程和再生应用的模仿天然蛋白质基序的纳米纤维支架材料，已作为 PuraMatrix 实现商业化。此外，合理设计的自组装肽基材料能够模拟天然免疫微环境，从而调节感染伤口。最近，高及其同事设计了 BQA-GGFF，这是一种基于肽的喹唑啉酮衍生物，模仿中性粒细胞胞外陷阱（NETs）的先天免疫过程。在体内细菌感染部位，炎症产生的活性氧成功诱导肽原位自组装成纳米纤维，捕获细菌，防止感染，减轻炎症，促进感染伤口更快愈合（图 10D）。这项研究启发了将自组装肽用于模拟伤口免疫组织微环境，并实现具有时空控制的伤口治疗。在人体内，α-防御素能够识别入侵微生物，并通过有序自组装成纳米纤维网络来包围和包裹细菌，从而有效抑制感染。受人类抗菌肽防御素-6（HD6）的启发，王及其同事设计了 HDMP，这是一种仿生肽，包含可与革兰氏阳性菌结合的配体肽序列（RLYLRIGRR）和自组装序列（KLVFF）。HDMP 通过配体 - 受体相互作用特异性识别金黄色葡萄球菌，并在细菌表面原位组装成纳米纤维，捕获并包裹细菌，防止细菌侵入宿主细胞（图 10E）。
除了模拟伤口微环境中生物分子的功能外，调节伤口微环境还包括改善氧化和炎症微环境（例如，降低慢性伤口中活性氧和炎症因子的水平）。然而，很少有肽水凝胶材料是为这些调节作用而设计的。未来，我们相信基于肽的水凝胶将被广泛探索，以模拟细胞外基质的生物功能并调节伤口微环境，从而实现对伤口组织的时空控制治疗。
4 结论与未来展望
伤口愈合，尤其是慢性伤口的愈合，是一个包含众多步骤的复杂过程，这给慢性伤口治疗手段的开发带来了困难。分子自组装已成为构建水凝胶的一种强大工具，水凝胶在生物医学领域的应用日益广泛。基于肽的自组装水凝胶因其诸多优势而具有内在吸引力。
这篇综述探讨了各种基于肽的自组装水凝胶及其相应的伤口愈合应用，并提供了一些基于应用的肽基自组装设计策略。我们讨论了当前依赖于不同相互作用的肽自组装系统，并描述了基于肽的自组装水凝胶相对于其他伤口治疗剂的优势。除了出色的生物相容性、生物降解性和易于功能化之外，基于肽的自组装水凝胶还表现出配体 - 受体识别能力、刺激响应性自组装以及模拟天然细胞外基质的能力。基于肽的自组装材料的组装过程和几何结构可以通过生理 pH 值、温度、离子强度和酶来调节。基于这些特性，已开发出一系列基于肽的自组装材料作为伤口敷料，以改进治疗方法并加速伤口愈合。
这篇综述强调了自组装肽和基于肽的材料在不同伤口愈合过程中的最新进展，包括止血、感染和炎症反应、增殖以及重塑。同时，基于肽的水凝胶能够为长期伤口治疗提供时间控制、持续药物释放以及可控降解。这些水凝胶还为伤口愈合提供了出色的时空控制，具体表现为：柔软的水凝胶贴合伤口组织边缘；纳米纤维结构模仿天然细胞外基质；水凝胶支架调节伤口微环境。因此，基于肽的水凝胶的个性化设计在提供具有时空控制的伤口治疗方面展现出巨大潜力，这体现在具有多种功能的治疗性肽以及能够调节和重塑伤口微环境的肽上。
肽基自组装水凝胶在伤口愈合的各个阶段均表现出卓越的治疗效果，是极具前景的新兴研究前沿。一个潜在的研究方向是设计与天然促愈合肽（如 OA-GL12 和 RL-QN15）或肽类生长因子（如 EGF 和 FGF）结合或包裹的自组装肽基水凝胶，以 i) 提高天然愈合肽的愈合能力；ii) 促进肽组装成水凝胶；iii) 将生物活性分子锚定在应用区域，以维持药物的持续释放并提高其治疗效果。例如，当自组装肽纤维支架与 EGF 或 FGF 结合时，生长因子会从水凝胶中持续释放，从而加快伤口愈合的速度。
能够以时空可控方式与免疫系统相互作用的先进材料正受到越来越多的关注，而调节免疫系统也有利于慢性伤口的愈合。近期，已有若干研究报道了具有免疫调节功能的水凝胶敷料在伤口中的应用。这些功能包括：i）清除过度表达的炎症趋化因子；ii）调节巨噬细胞极化（从 M1 型向 M2 型转变）；以及 iii）释放诸如细胞因子、生长因子和基因等生物活性成分。然而，参与伤口免疫调节的基于肽的自组装水凝胶的研究和应用尚显不足，这些材料对免疫反应进行时空控制的能力仍有待进一步探索。
尽管已经开发出了多种类型的基于肽的自组装材料，但仍存在几个关键挑战：i）基于肽的水凝胶的物理和化学性质在组织粘附性、可塑性和降解速率方面仍需进一步优化；ii）应确定最佳的缝合和植入方法以促进伤口愈合；iii）需要进一步研究封装生长因子和小分子药物的基于肽的水凝胶，以实现药物的动态和可控释放；iv）针对糖尿病伤口治疗的研究较少，需要开发更多用于治疗糖尿病伤口的基于肽的水凝胶；v）水凝胶促进伤口修复的机制仍停留在对伤口愈合过程的表面分析，缺乏深入的机制探索；vi）基于肽的水凝胶在无疤痕组织修复中的应用尚未得到探索，值得更多关注。
总的来说，在设计用于不同应用的基于肽的自组装水凝胶时，应考虑各种因素，包括其有效性和实用性。还需要更多个性化的设计；例如，可以根据不同伤口组织中发现的不同细胞外基质来设计肽基或蛋白质基水凝胶。未来的研究也可能侧重于多功能和多组分生物材料以及 3D 打印技术和伤口监测设备。这些工具有望帮助设计更便携的下一代伤口愈合水凝胶材料。尽管这些材料的临床和转化应用需要更多的体内研究，但我们希望肽基自组装体未来能够成功应用于伤口治疗，并进一步推动伤口愈合领域的发展。
参考文献：doi.org/10.1002/advs.202104165
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