肽类水凝胶是肽分子通过氢键、疏水、静电、π–π 堆积等非共价相互作用自组装形成纳米纤维并缠结交联为三维多孔网络的软材料，兼具高含水量、可调力学稳定性与优异生物相容性，在组织工程、药物与基因递送等领域前景广阔。本文以专著《Peptide Nano-Chemistry and Nanotechnology》（Gang Wei 主编）为核心素材，围绕"设计"主线，系统梳理了肽类水凝胶的分子构筑原理（肽两亲物骨架与序列变量）、化学/物理/生物三类凝胶化触发策略、流变性能与生物相容性的调控规律，以及药物递送、基因递送与组织工程应用体系的关键设计与定量数据，并归纳了序列—组装—性能之间的设计准则与待解决的关键问题。文中完整保留了代表性体系的序列、浓度、储存模量、包封率、释放曲线与动物模型等原始数据。

与高分子水凝胶相比，肽类水凝胶具有高含水量与微孔结构、力学稳定性可调、生物相容性与类组织弹性优异、自组装成胶几乎不需交联剂或有机溶剂等特点；通过调节自组装条件可获得不同刚度或黏弹性的材料用作支架或载药平台；部分肽水凝胶还表现剪切变薄特性，可在高剪切速率下实现快速溶胶—凝胶转变，作为可注射材料用于生物医学与组织工程。

2 肽类水凝胶的分子设计基础

2.1 驱动凝胶化的非共价作用力

生物分子自组装是一种自发的"自下而上"过程，依靠氢键、静电作用、疏水作用、芳香相互作用与范德华力等非共价相互作用形成有序纳米结构。尽管非共价驱动力的能量远低于共价键，但仍足以驱动生物分子组装成稳健结构。值得注意的是，非共价聚集体极易受 pH、温度、离子强度等外部条件扰动，被触发时可能发生坍塌或形态转变。这一"弱相互作用、强响应"的特征正是肽类水凝胶可作为智能材料的物理化学根源，也决定了其设计必须同时考虑序列内在作用力与环境参数两个层面。

2.2 肽两亲物（PA）：两类核心构筑骨架

肽两亲物（peptide amphiphile, PA）是同时包含亲水与疏水结构域的小分子，是构筑肽水凝胶最重要的分子骨架之一。按结构可分为两类：由天然氨基酸组成的两亲性肽（amphiphilic peptides），以及在肽序列上偶联脂质链的脂质化 PA（lipid PAs）。

2.2.1 两亲性肽

两亲性肽又可分为两种亚类：亲/疏水氨基酸交替排列型，以及长疏水氨基酸链段连接亲水序列型。Liang 等设计了 pH 响应型两亲性肽 VVVVVVKKGRGDS：亲水头部为 KKGRGDS，疏水尾部为六聚缬氨酸；在氢键与疏水力驱动下，该 PA 在中性或碱性介质中自组装为球形胶束，随浓度升高转变为纳米纤维，并成功将阿霉素（DOX）载入胶束疏水核。赖氨酸（K）残基提供 pH 响应性：在酸性肿瘤微环境（TME）中其离子化产生静电排斥，破坏组装体并实现 DOX 的可控释放。

Chen 等通过调节 PA 亲水/疏水结构域序列，构建了用于双靶向肿瘤治疗的肽纳米粒。其亲水结构域为全 D 型氨基酸的 DPPA-1（NYSJPTDRQYHF），疏水结构域由一个赖氨酸、两个亮氨酸与两个甘氨酸连接子组成，偶联 3-二乙基氨基丙基异硫氰酸酯（DEAP）分子与 MMP-2 响应元件；该 PA 与吲哚胺 2,3-双加氧酶抑制剂 NLG919 在 pH 7.4 下共组装为胶束纳米粒，低 pH 下纳米粒坍塌并精确释放 NLG919 与 DPPA-1，有效抑制黑色素瘤生长。Chen 等还设计了高选择性抗菌短 PA G(IIKK)nI-NH2（n = 2–4），通过调节 IIKK 基序数目获得最高的细胞选择性与抗菌毒性：该 PA 在生理条件下带正电，与带负电的细菌膜作用后由无规卷曲转变为 α-螺旋构象，通过选择性破坏细胞膜杀菌且对正常细胞低毒；序列中的异亮氨酸提供 α-螺旋形成驱动力，N 端甘氨酸与 C 端酰胺化提升 α-螺旋稳定性与抗肽酶能力。

Kim 等以具有 β-折叠倾向的疏水肽段自组装为原纤维并负载 DOX，再引入奥曲肽标记的靶向 PA 与螯合 Gd3+ 的 DOTA 配体共组装，使原纤维转变为螺旋纤维，获得可靶向人乳腺癌细胞 MCF-7 行磁共振成像的肽纳米纤维。Zha 等则将细胞毒性 PA KLAKLAKKLAKLAK 与疏水化透明质酸（HA）共组装为超分子 PA-HA 膜用于肿瘤治疗，HA 与癌细胞的结合可加速 PA 纳米材料的降解。

2.2.2 脂质化 PA

脂质化 PA 以烷基链作为疏水尾。Xiao 等将亲水序列 DSDSDSDSRGDS 与烷基链偶联得到 C18-DSDSDSDSRGDS，经二硫键接枝到介孔二氧化硅纳米粒（MSNPs）表面：烷基链在疏水作用下于 MSNP 表面形成致密网络，将 DOX 密封在孔道内，在二硫苏糖醇（DTT）或谷胱甘肽（GSH）存在下二硫键断裂、药物释放至肿瘤部位。Ruan 等将骨髓间充质干细胞（BMSCs）与含 IKVAV 表位的 PA（C16H31O-A4G3D2IKVAV）共混自组装成三维纳米纤维水凝胶：16 碳长链为疏水尾，A4G3 与烷基链协同增强远离表位区域的疏水性，天冬氨酸在 pH < 8.5 时与溶液阳离子静电作用；多种作用力驱动成胶，纤维表面暴露的 IKVAV 位点促进细胞黏附与轴突生长，成功诱导 BMSCs 分化为神经细胞。

Du 等设计了靶向 EGFR 的 PA 纳米粒：亲水头由 EGFR 结合肽 GE11（YHWYGYTPQNVI）与含谷氨酸的增溶残基构成，C18 烷基链为疏水尾，可同时共递送吉西他滨（Gem）与奥拉帕尼（Ola），精准靶向过表达 EGFR 的胰腺癌细胞。Nandi 等以通式 [H2N–(CH2)nCONH–Phe–CONHC12]（n = 1–5）调节末端烷基链长度：C 端连接长脂肪酰链，N 端连接游离氨基，苯丙氨酸侧链提供 π–π 与疏水作用，驱动 PA 自组装为热响应性纳米纤维网络水凝胶；改变 n 值可调节热稳定性、恢复时间及与细菌膜的亲和力——末端烷基链较长时，水凝胶对金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌与大肠杆菌均表现出明显抗菌活性；含较长烷基链的 PA 也比短链 PA 热稳定性更高。

Moyer 等系统研究了 pH 与序列对 PA 组装结构及载药效率的影响：设计由六组氨酸（H6）、脂肪族疏水序列与寡乙二醇（OEG）基团组成的 PA，通过脂肪尾所接末端调控纳米结构——棕榈酸接 N 端、OEG 接 C 端时，PA 于 pH 7.5 自组装为纳米纤维；月桂酸接 C 端、OEG 接 N 端时组装为球形胶束。两类组装体在 pH 6.0–6.5 下均因组氨酸质子化而可逆解组装；且纳米纤维比球形胶束表现出更优的抗肿瘤药物包封能力与肿瘤蓄积能力。

2.3 序列水平的四个设计变量：残基数目、位置、类型与手性

2.3.1 残基数目

Ashwanikumar 等在自组装肽 RADA 的 N 端连续添加苯丙氨酸：增加 Phe 数目增大了疏水性并打破亲疏水平衡，使细胞穿透型自组装肽纳米材料（CSPNs）的二级结构由无规卷曲经扭曲 α-螺旋与 β-折叠最终形成稳定 α-螺旋；含 2–4 个 Phe 的 PA 在 π–π 作用下自组装为"纳米钻头"状结构，可有效包封疏水分子并获更佳内化效果。Lin 等由六苯丙氨酸疏水尾与谷氨酸设计两亲性肽，自组装得到单层厚约 5 nm 的 Janus 纳米片：烷基链沿 x、y 轴增强疏水缔合，苯丙氨酸沿 y 轴促进 β-折叠堆积；Phe 数目减少时，组装体由二维纳米片转变为扭曲的一维纤维。

2.3.2 残基位置

Zhou 等在抗癌肽 PTP-7（FLGALFKALSKLL）的 N 端或 C 端引入谷氨酸与天冬酰胺，设计出 EN（ENFLGALFKALSKLL）与 NE（FLGALFKALSKLLNE）两种肽：N 端加酸性残基的 EN 倾向形成纳米纤维，而 NE 中谷氨酸与两个赖氨酸距离较近、有利于稳定的分子内相互作用，故倾向形成胶束；两种纳米结构改变了体内时量曲线并提高了血清稳定性。Pashuck 等则证明残基位置直接影响水凝胶力学：该 PA 由疏水尾、可离子化侧链与 β-折叠片段三部分组成，增加赖氨酸数量可提高 PA 水凝胶的机械刚度（赖氨酸形成 β-折叠倾向最高），增加丙氨酸则降低刚度（丙氨酸 β-折叠倾向弱）；缬氨酸越靠近疏水烷基尾，所得水凝胶越硬。

2.3.3 残基类型

Xu 等发现短肽 I3K 与 L3K 的组装行为因亮氨酸与异亮氨酸的细微结构差异而截然不同：异亮氨酸为 β-支链疏水氨基酸，形成 β-折叠驱动力强，I3K 在水溶液中主要呈 β-折叠结构、组装成直径 10 nm 的纳米管；L3K 则无明显 β-折叠结构，在疏水作用驱动下自组装为直径约 10–15 nm 的纳米球。Sun 等对 A6K 与 V6K 的寡聚结构与自组装机制的研究亦表明：V6K 疏水性更强、自组装能力高于 A6K，且 V6K 倾向形成致密 β-折叠并组装为片状结构，A6K 因缺乏足够疏水相互作用在氢键作用下呈塌缩无规卷曲、仅形成单分子层片状结构。Dasgupta 等对双链 PA 的研究表明，尽管亲水头基倾向于控制 PA 纳米结构，疏水相互作用仍占主导地位，双链 PA 先形成 β-折叠纳米纤维继而形成水凝胶，并表现出协同自组装与增强的聚集行为。

2.3.4 D/L 手性

合理交换 D、L 手性是增强自组装肽稳定性的常用手段。含 D-与 L-型异构体的异手性共组装体系（消旋混合物）通常比纯对映异构体表现出更快的组装动力学与更强的聚集能力。Jeena 等设计了线粒体靶向异手性共组装 PA：将三苯基膦（TPP）偶联于含两个苯丙氨酸的 PA（Mito-FF），对映异构体仅能组装成直径 9–11 nm 的纳米纤维，而 Mito-FF 与其镜像结构（mito-ff）可在线粒体内共组装为直径 100 nm、长 0.5–1 μm 的分散纳米纤维，归因于相反手性苯丙氨酸基团间更高的结合能。Ahmed 等报道的 Fmoc 保护赖氨酸基 PA（含 C16 链）则显示手性对宏观形貌的控制：L-型类似物形成左手螺旋纳米纤维，D-对映体形成右手螺旋纳米纤维；且当溶剂 pH > 8 时，赖氨酸侧链游离氨基不再保持质子化，PA 分子的亲疏水平衡（HLB）与凝胶化行为随之改变。

此外，组装路径亦受作用力类型与位置的控制。Yu 等在 PA 主链不同位置引入五氟苯丙氨酸，考察 PA 与脂肪酸的阴离子–π 相互作用驱动共组装：芳香单元靠近 N 端疏水核时产生强阴离子–π 作用形成纳米纤维并保持圆柱形貌；远离疏水核时圆柱结构被破坏转变为带状结构，且十二烷酸与 PA 的比例调节可引起形貌连续变化。Ehm 等设计的内在无序肽两亲物（IDPA）表明，即使肽链构象无序，头基间疏水相互作用仍影响组装形貌并出现随 PA 数量与长度变化的结构相变（胶束、胶束管或凝聚相）；若设计酶切敏感功能肽，可实现酶激活相转变，使其成为对病灶代谢响应的纳米载体。

2.4 经典凝胶因子序列骨架汇总

表 1 汇总了本领域最具代表性的肽凝胶因子序列骨架及其设计特征，涵盖 β-发夹型、离子互补型、Fmoc-芳香二肽型与超短肽型四大类。

3 凝胶化的触发与调控策略

肽可在多种非共价力驱动下自组装为纤维状水凝胶。水凝胶内部纳米纤维的形成与自组装的调控可通过多种手段诱导：肽溶液的 pH 与离子强度等化学刺激、光或温度诱导分子聚集的物理刺激，以及酶等生物分子的影响。基于胶凝化机制，目前已发展出多种制备刺激响应肽水凝胶的方法。

3.1 化学刺激诱导：pH、离子强度与金属离子

3.1.1 pH 触发

氨基酸侧链不同导致等电点差异，pH 会改变肽的荷电状态，因此合理设计的 PA 可通过调节 pH 促进成胶。Rajagopal 等提出了以 pH 依赖方式控制 β-发夹肽热触发折叠、自组装及凝胶化的策略：对 MAX1 的赖氨酸残基点突变改变静电荷，净正电荷较低的肽可在较低 pH 下形成 β-折叠并组装成水凝胶。Chen 等设计的 pH 响应 PA 以精氨酸与天冬氨酸在表面区交替排列为特征：在低于精氨酸 pKa 的 pH 下，PA 纳米纤维表面呈正负电荷交替模式，可通过强相互作用与相邻交错 PA 分子连接、促进纤维侧向生长。Kaur 等研究了离子互补序列 FEFK 的自组装：该类 PA 中带相反电荷的氨基酸可在 pH 2.0–12.0 宽范围内成胶，但不同 pH 下纳米结构差异明显——极端 pH 下形成更细的纳米纤维，温和生理 pH 区间正负电荷作用促进纤维侧向缔合形成更粗纤维。这证明 pH 通过改变肽整体电荷的大小与正负可产生不同纳米结构，为功能纳米结构制造提供了选择空间。

3.1.2 离子强度触发

调节肽体系的离子强度是促进自组装与成胶的常用手段：加入盐溶液可增强静电相互作用，从而改善水凝胶的刚度与强度。Zhou 等研究了 pH 与钙离子双响应 PA 水凝胶：该 PA 衍生于 RTX 毒素重复序列核心 GGXGXDXUX，较低 pH 下加入 CaCl2 后迅速自组装为 β-折叠、形成致密纳米纤维网络；Ca2+ 有效屏蔽天冬氨酸的负电荷，促进自组装与凝胶化。Ozbas 等报道了盐对 MAX1 成胶的影响：生理 pH 下 MAX1 因赖氨酸带正电荷、链间静电排斥而难以形成 β-折叠；加入盐溶液后正电荷被阴离子屏蔽，肽分子发生分子内折叠形成 β-发夹，盐浓度升高还可驱动残基疏水缔合。Owczarz 等对 RADA16-I 的研究表明：随盐浓度增加，临界凝胶浓度逐渐降低（静电排斥被屏蔽）；加入适当浓度盐可稳定水凝胶结构、产生更强黏弹性与更高储存模量。

3.1.3 金属离子触发

Sharma 等系统探索了组氨酸—金属离子相互作用：不同过渡金属离子对肽水凝胶凝胶化的影响各异。Mg2+ 存在时，自组装主要由金属离子与 PA 去质子化羧基的结合驱动，在生理 pH 下形成稳健水凝胶；Fe2+ 与 Mn2+ 与咪唑 N–H 结合力弱，其肽—金属离子复合物不足以在生理条件下破坏凝胶形成；而 Co2+、Ni2+、Cu2+ 与 PA 的相互作用导致生理 pH 下发生凝胶—溶胶转变，当 pH 降至 3.0 时逆转——因此可通过调节肽—金属离子复合物的 pH 实现 sol–gel 平衡。第 4 章补充了更多金属离子响应体系：Selegård 等报道 Zn2+ 诱导肽 JR2E 二聚化并与低分子量 HA 偶联形成可调水凝胶，除去 Zn2+ 即快速解聚，包封的水解酶可编程水凝胶的降解时机；Knight 等以寡苯乙烯为疏水尾、六组氨酸为亲水螯合域设计肽—聚合物偶联物，无过渡金属时自组装为囊泡，Zn2+、Co2+、Cu2+ 配位时聚集为颗粒，Ni2+、Cd2+ 诱导胶束，Mn2+ 配位则形成囊泡。Iscen 等的分子动力学模拟揭示 Hofmeister 效应对 PA 纳米纤维结构的控制：弱水合离子（I−、Br−）易与非极性缬氨酸、丙氨酸残基作用，在纤维核心附近形成更稳定的 β-折叠疏水残基；强水合离子（F−、Cl−）则与赖氨酸侧链氨基作用、在相邻 PA 链间形成盐桥。Fu 等将金属离子引入非甾体抗炎药偶联二苯丙氨酸肽（NSAID-FF）水溶液，在中性或碱性宽 pH 范围内形成稳定的三维纳米纤维网络水凝胶，机械性能与触变性优异，机制为金属离子增强了 π–π 堆积及与羰基/酰胺基团的结合。

3.2 物理刺激诱导：温度与光

3.2.1 温度触发

用物理刺激诱导肽水凝胶的形成，可避免自组装过程中其他试剂的引入，其中温度是最重要的诱导因素之一。Pochan 等报道小肽 MAX3 可热可逆地自组装为网络水凝胶：pH 9、室温下伸展为低黏度溶液，升温后肽单分子折叠形成两亲性 β-发夹，从而形成富网络水凝胶。Rughani 等设计的 22 残基肽 MLD 含 8 个赖氨酸残基、1 个 N 端游离胺与 9 个疏水缬氨酸残基：pH 7.4、低离子强度下赖氨酸侧链质子化，温度变化难以促进折叠；加入 NaCl 屏蔽正电荷后，肽在低温保持伸展、约 15 °C 开始自组装（升温增强疏水效应）、40 °C 完成 β-折叠演化，更高浓度的肽在温度触发下自组装成胶。

第 4 章进一步展示了热响应设计的多样化：Gao 等以硒代半胱氨酸引发开环聚合制备三重氧化还原/热响应二硒氨基酸均聚肽，室温下自组装为球形胶束并形成超分子水凝胶，在 10–100 °C 间表现出五次循环的可逆热响应与热收缩聚集特征；Shi 等通过点击化学合成 1-(2-叠氮乙基)-4-甲基哌嗪修饰肽，调节聚合度与嵌段结构获得在 10–70 °C 内凝胶性质良好、可逆溶胶—凝胶转变且黏附性优异的水凝胶，肽浓度低至 1.5% (w/v) 仍可成胶；Wang 等将干扰素 α 与热响应弹性肽（ELP）基因融合，其相变温度低于局部体温，皮下注射后形成储库、有效延长药物半衰期；Mizuguchi 等构建基因工程热响应水凝胶 CUBE：以 ELP（(AVGVP)n）为热响应模块融合聚天冬氨酸链与 Coil-LL 肽，获得溶胶—凝胶转变与机械性能双可调的水凝胶，再以促血管生成的骨涎蛋白衍生 RGD 肽（bRGD）修饰，有效增强人脐静脉内皮细胞（HUVEC）的血管生成活性。Han 与 Cao 等的研究表明，引入 ELP 重复五肽序列 VPGXG（X 为除脯氨酸外的任意残基）后，温度不仅影响自组装过程、还控制组装路径：20 °C 形成短而光滑的纳米纤维，80 °C 转变为长达数微米的长纤维，升温导致更多 β-折叠与构象转变。Liu 等将两条抗菌氨基酸序列与中央四肽连接子组合，设计出可从无规卷曲转变为稳定单分子 β-发夹并形成弹性水凝胶的肽，对大肠杆菌具有内在抗菌活性。

3.2.2 光触发

光是另一种可刺激肽凝胶化的物理工具。Liu 等提出了可见光照射下通过调节肽两亲性实现自组装凝胶化的策略：肽 Fmoc-KK(SP)KF-NH2 的赖氨酸残基修饰硝基螺吡喃（SP）生色团作为两亲性开关——紫外光照射或升温时 SP 发生开环反应生成部花菁（MC），可见光照射后回复 SP 形式；在三氟乙酸（TFA）体系中，TFA 诱导 SP 异构体部分开环，可见光照射后肽迅速凝胶化，且通过调节照射时间与光照频率可调控水凝胶结构。

Lin 等报道了可见光与黄素单核苷酸（FMN）介导的酪氨酸二聚化构筑动态 PEG—肽水凝胶：研究八臂 PEG 接枝双半胱氨酸封端肽与硫醇—降冰片烯的聚合；光照下 FMN 诱导酪氨酰自由基结合、导致双酪氨酸交联，使肽凝胶化成胶。Das 等的偶氮苯功能化短肽（Azo-KC）在碱性条件下形成水凝胶；UV 照射后，偶氮苯部分的 trans–cis 光异构化使水凝胶收缩并排出部分溶剂，可用于染料分子的吸附去除与水净化。

第 4 章补充的光响应体系更具药物递送价值：Zhang 等开发的膦酸化肽 FmocFFpSC(oNB)-PEG（Fmoc-FF 基序、邻硝基苄基 oNB 保护的磷酸化丝氨酸、短 PEG 链与 C 端羧基）在生理钙离子浓度下组装成光响应水凝胶；光解除去 oNB 后产生电荷排斥、破坏水凝胶网络，365 nm 紫外光下可对包封的 DOX 实现包封与释放的时空控制。Roth-Konforti 等设计的光响应水凝胶 Nvoc-FF 以可光解的 6-硝基藓甲氧羰基（Nvoc）尾基连接 FF 肽为触发器，用于胰岛素—异硫氰酸荧光素（insulin-FITC）的可控递送：UV 照射下 Nvoc-FF 完全解聚，insulin-FITC 逐渐释放且释放量与刺激时长呈线性关系；Nvoc-FF 机械性能稳健，可自组装为高储存模量的微纤维结构 3D 水凝胶。Jafari 等以三齿 C2 对称羟胺与含偶氮苯的 Hadcaz 连接子从线性肽制备光响应双环肽：其中一个环受偶氮苯约束、可在可见光下改变构象，结合力与稳定性优于单环肽，环内可容纳 2–5 个氨基酸。Ji 等则利用 PEG-聚(邻硝基苯基甘氨酸)（PEG-b-PNBG）嵌段共聚物实现 UV 下球形胶束向圆柱形胶束的形貌转变，二级结构变化是其决定因素。

3.3 生物刺激诱导：酶辅助自组装（EASA）

在肽基水凝胶体系中，酶可作为生物催化剂诱导肽自组装与凝胶化，称为酶辅助自组装（EASA；亦称酶诱导自组装 EISA）。一般而言，EASA 形成的水凝胶具有优异的化学稳定性、稳健的机械性能与区域选择性（regioselectivity）。

Bai 等引入胎牛血清（FBS）与血浆胺氧化酶（PAO）诱导 A9K2 肽水凝胶的溶胶—凝胶转变：自然条件下 A9K2 肽溶液为透明自由流动液体，加入少量 FBS 或 PAO 后两周形成水凝胶，机制为赖氨酰氧化酶（LO）或 PAO 催化赖氨酸残基氧化生成 α-氨基己二酸-δ-半醛并发生非酶缩合；所得水凝胶在促进哺乳细胞黏附铺展与杀灭病原体方面显示出优异选择性。Bai 等的两项后续工作（第 1 章）进一步证明酶可驱动形貌转变：V6K3（Ac-VVVVVKKK-NH2，N 端乙酰化以防二肽基肽酶 IV 降解）自组装为球形纳米粒，PAO 诱导后转变为纳米纤维——有趣的是，处理后 V6K3 正电荷减少但杀菌性能不降反升，说明组装结构本身也是影响抗菌性能的重要因素；A6K2 在 HEPES 缓冲液中自组装为稳定纳米囊泡，LO/PAO 催化赖氨酸氧化后囊泡缓慢解组装形成纳米纤维、触发无规卷曲向 β-折叠转变，脂溶性 DOX 包封于囊泡后，酶诱导的囊泡破坏可促进药物释放。

Gao 等通过酶促反应从疏水化合物成功合成超分子水凝胶：以 N 端 Fmoc 封端、C 端甲酯基磷酸化酪氨酸衍生物为前体，在磷酸酶存在下前体转化为疏水化合物，两组分经酶转化形成可稳定至少一个月的肽水凝胶；这种酶转化是疏水小肽形成超分子水凝胶的唯一机制。Liang 等研究了酶法自组装肽水凝胶的构象问题：以苯丁酸氮芥（CRB）为封端基团制备肽衍生物 CRB-GDFDFpDY 与 CRB-GDFDFDY；在 4 °C 下向 CRB-GDFDFpDY 澄清溶液中加入少量碱性磷酸酶（ALP），溶液转变为透明水凝胶并可稳定至少三个月，而 CRB-GDFDFDY 经加热—冷却过程只产生沉淀。构象分析表明：ALP 存在下自组装纳米纤维呈 α-螺旋构象，加热—冷却所得纳米颗粒则为 β-折叠——酶的存在可转变肽的构象，且酶诱导的 α-螺旋纳米纤维比 β-折叠肽具有更好的细胞膜融合能力，在生物领域展现更大应用潜力。

第 4 章展示了酶响应设计在体内递送中的独特价值：Carlini 等报道了一种可实现低阻力注射的环肽——到达心脏后，在病灶相关基质金属蛋白酶（MMP）的线性化作用下开环生成自组装肽（SAP），继而自组装为 β-折叠纳米纤维并形成水凝胶支架；这种酶响应成胶策略解决了高黏度、短凝胶时间导致水凝胶无法经导管递送的难题。该"酶激活凝胶化"（activatable gelation）设计将病灶酶过表达的特征转化为原位成胶信号，是肽水凝胶智能化设计的代表性成果。

4 肽类水凝胶的性能调控

4.1 流变性能：刚度、剪切变薄与自愈合

独特的构象与网络结构赋予肽水凝胶独特的流变性能，刚度（stiffness）、黏弹性与剪切变薄行为是其研究重点。刚度描述材料抵抗变形的能力：自组装肽水凝胶网络结构强度越高、固化程度越大，刚度越高；高刚度肽水凝胶可用作体内组织修复与细胞生长支架。

4.1.1 刚度的设计案例

FEFEFKFK 肽自组装为反平行 β-折叠纳米纤维并形成自支撑水凝胶，可用于药物递送与细胞培养；经表征与优化，该水凝胶可紧密复现天然髓核的强度，被研究用作髓核组织工程支架。Hiew 等设计的仿鱿鱼吸盘环齿蛋白短肽 GV8（Ac-GLYGGYGV-NH2）可在水中不加交联剂或化学修饰剂成胶，凝胶化过程中螺旋因肽间疏水相互作用转变为反平行 β-折叠；其浓度依赖的机械响应使刚度可变化达 25 倍、最高达 35.5 kPa，是迄今最硬的蛋白基水凝胶之一，可应用于组织工程、治疗物包封、软组织黏合剂与干细胞分化基质。Bairagi 等开发了在 pH 5.5–8.5 范围内自组装成胶的含组氨酸肽，发现掺入不同类型二羧酸可调节水凝胶的热稳定性与刚度，该双组分水凝胶已用于小鼠成纤维细胞 3D 培养。

4.1.2 浓度、pH 与离子强度对流变性能的定量影响

肽水凝胶的流变性能主要受自组装纳米纤维的数量与长度影响，肽浓度直接决定纤维数量。Tang 等基于短五肽 KYFIL 的研究表明：浓度从 0.5 wt% 增至 3 wt% 时，储存模量从 8000 Pa 升至 17000 Pa；pH 影响同样显著——酸性下水凝胶机械性能很弱（G' < 80 Pa），pH 7.4 与 10.6 下坚硬且剪切变薄行为良好。Chen 等报道了 pH 可调结构的 EIWLK 自组装体系：pH 2 时无明显自组装，pH 4–5 出现纳米颗粒，pH 进一步升高出现纳米纤维，pH 8–9 时纤维消失、再度出现纳米颗粒——据此可通过 pH 调节获得更高强度的水凝胶。Morales 等基于电荷互补肽共组装：四对 CATCH 肽变体配对形成一系列水凝胶，其中 CATCH(4+/4−) 的储存与损耗模量最大、孔结构最小，CATCH(6+/6−) 较弱；CATCH(4+/4−) 在前两个循环的低与高剪切速率下均表现出剪切变薄。离子强度则通过影响纤维间静电作用调节凝胶性质（如前述 RADA16-I 临界凝胶浓度随盐浓度升高而降低）。

4.1.3 剪切变薄与自愈合的序列决定性

剪切变薄定义了黏弹性材料在高剪切速率下由固相向低黏度液相转变的相变行为，纳米纤维间形成的物理键是赋予肽水凝胶剪切变薄特性的关键因素。Ren 等设计系列 Fmoc 偶联芳香二肽（Fmoc-FL、Fmoc-YL、Fmoc-LL 与 Fmoc-YA），通过氨基酸残基替换调节肽间非共价相互作用（疏水作用、氢键与 π–π 堆积）的相对强度，制备出兼具自愈合与可调机械性能的剪切变薄水凝胶：二肽水凝胶的机械刚度主要受疏水相互作用影响，而瞬时自愈合性能由肽分子间强氢键相互作用决定——剪切变薄过程中肽分子间氢键断裂、纤维及其缠结被破坏；恢复过程中纤维重新连接、氢键相互作用瞬时重建。Clarke 等设计的三个无芳香基团五肽序列（IDIDI、DDIII 与 DIIID）可自组装为 pH 响应高强度水凝胶：序列含三个脂肪族异亮氨酸残基与易形成 β-折叠的氨基酸，质子化后电荷识别与氢键相互作用诱导 β-折叠自组装与成胶；通过改变肽分子浓度与电荷分布，水凝胶刚度可在两个数量级（2–200 kPa）内调节。该非共价相互作用形成的水凝胶具有优异自愈合性能，形变后可通过物理交联重新组装、在高应变后恢复机械性能；同时黏度随剪切应力增加线性下降，呈典型剪切变薄行为。

4.2 生物相容性与生物降解性

生物相容性是肽水凝胶进入生物医学领域的前提，其作为生物支架、药物递送载体与细胞生长基底的应用高度依赖这一性质。Restu 等报道了一类富苯丙氨酸短寡肽作为有效超分子水凝胶：尤其是肽 P1（Ac-Phe-Phe-Phe-Gly-Lys-Lys，即 Ac-FFFKK）表现出高凝胶化能力并伴随高生物相容性与生物降解性；寡肽形成的水凝胶可被蛋白水解酶水解释放所包裹的功能化合物，且释放行为随肽水凝胶类型而异，在生物工程、组织工程与药物递送领域显示广阔前景。

体内植入层面的验证同样关键。Liang 等设计制备了含生物活性 RGD 序列的肽水凝胶（Fmoc-FFRGDF），注入兔结膜下间隙与前房后表现出优异生物相容性：水凝胶足够黏稠且免疫惰性，可驻留于眼前段而不引起炎症或异物反应，经适当时间后生物降解释放药物治疗眼前段疾病，亦可用作眼组织修复支架，证明了生物相容性肽水凝胶在眼科的潜在应用。Wang 等构建了高生物相容性超分子肽水凝胶，为干细胞增殖与分化提供生物活性基质：由 Fmoc-FF、Fmoc-RGD 与 Fmoc-RGE 三种肽合成三种高效水凝胶——Fmoc-FF 自组装为纳米纤维水凝胶，Fmoc-RGD 具高生物相容性与干细胞亲和性，二者共组装形成锚定依赖型细胞支架，诱导人间充质干细胞（MSCs）向成骨细胞、脂肪细胞与软骨细胞分化。

5 面向生物医学应用的功能化设计

5.1 抗肿瘤药物递送：DOX、姜黄素、5-FU 与 PTX

肽基水凝胶已被视为肿瘤治疗的有前景载体：可增强药物疗效而不产生负反应，且纳米材料外层可调以实现特定药物递送。DOX、姜黄素、氟尿嘧啶（5-FU）与紫杉醇（PTX）等多种抗肿瘤药物已被负载于自组装肽纳米结构用于临床前与临床肿瘤治疗。表 2 汇总了代表性载药体系的关键定量数据。

5.1.1 DOX 递送体系

Mei 等的 RGD 衍生肽（萘乙酸-Gly-Phe-Phe-Tyr-Gly-Arg-Gly-Asp-His，缩写 1-RGDH）自组装水凝胶与 DOX 产生静电相互作用：带负电残基与 DOX 正电荷的相互作用既增强网络结构又实现递送；体系具 pH 响应释放特性，弱酸下释药加速，对 A549、MCF-7 与 HeLa 细胞的增殖抑制优于单纯 DOX 溶液。Jin 等以 RADA32 纳米水凝胶制备蜂毒肽-RADA32-DOX（MRD）水凝胶用于黑色素瘤治疗：单次注射因蜂毒肽与 DOX 共同负载并伴随瘤内活化自然杀伤细胞募集，使原发黑色素瘤生长延迟超过 95%。Baek 等开发由 26 个氨基酸组成的强效阳离子肽抗肿瘤剂负载 DOX 与蜂毒肽，双重递送产生有效且持久的抗肿瘤效果；其另一工作中，以 pH 切换法制备的 Ade-FFFF 肽水凝胶在 25 mM 下可储存 1 mM DOX 并保持凝胶形态，12 天内经水凝胶降解释放约 55% 的 DOX，释放曲线近线性（R² = 0.9366）。

5.1.2 姜黄素递送体系

姜黄素是从姜黄根提取的疏水性多酚药物，具有抗氧化、抗炎与抗肿瘤活性，但疏水性强、半衰期短，载体选择极具挑战。Haines-Butterick 等设计递送姜黄素的肽水凝胶（VKVKVKVDPLPTKVKVKV-NH2）：提高介质离子强度触发溶胶—凝胶转变，成功用作姜黄素（4 mM）两周持续释放的载体，兼具剪切变薄特性，可提高药物生理稳定性并保持生物活性。Liu 等将姜黄素包封于肿瘤靶向肽纳米纤维（Nap-GFFYGRGD 形成的 PNFs），包封效率 32%；5 mg/mL 肽包封 0.5 mM 药物，两天内释放 60%，在 HepG2 肝癌细胞中摄取率高，静脉注射小鼠后蓄积于肿瘤。Panda 等制备的纳米粒实现 36 小时连续释放：纳米粒由肽在甲醇中自组装产生，甲醇挥发使载药率达 30%、包封率达 92%；在 HeLa、MCF-7 与 HuH-7 细胞中毒性均高于原生姜黄素，并可抑制小鼠 B16F10 黑色素瘤。Karavasili 等评估了自组装肽水凝胶共递送阿霉素与姜黄素对头颈癌细胞的疗效：双载药水凝胶按药物水溶性差异化控释，联合制剂处理后观察到显著的细胞生长抑制。

5.1.3 5-FU 递送体系

5-氟尿嘧啶（5-FU）是对结直肠癌具有强活性的化疗药物，其持续递送对肿瘤治疗不可或缺，不良反应可通过肽水凝胶载体降低。Ischakov 等证明 Fmoc-FF 芳香二肽在水溶液中自组装成水凝胶，并提出将其组装为水凝胶纳米粒（HNPs）作药物载体的扩展方案：以维生素 E-TPGS 为乳化稳定剂制备 Fmoc-FF 基 HNPs，连续包封并释放 DOX 与 5-FU——5-FU 在 5 小时内释放 50%、12 小时达平台；DOX 释放较慢，20 小时释放 50%、55 小时释放 80%。Emtiazi 等组装二苯丙氨酸纳米管（FNTs）并偶联叶酸/磁性纳米粒（FA/MNPs）合成杂化载体：5-FU 与抗炎药氟芬那酸（FFA）在液相肽自组装中载入 FNT，以 75% 甲苯/25% 乙醇混合物制备的 FNT 水凝胶进行体外释放测试，5-FU 在 4 小时内释放。Soumi 等实现 5-FU 的光控递送：药物经可光解连接子与短肽共价连接，序列设计使偶联物在 pH 6.0–8.0 形成载药水凝胶；HeLa 细胞实验证明体系生物相容，365 nm 照射下连接子切割释药。Xu 等设计了含 RGD 序列的肽 Phe-Phe-Arg-Gly-Asp-Phe：Phe 残基调节亲疏水性、辅助超分子自组装成胶，负载 5-FU 后有效抑制兔眼滤过手术中的巩膜瓣纤维化。

5.1.4 PTX 递送体系

PTX 是首个获批的草本来源化疗药，但耐药性已成为影响肿瘤患者生存率的主要问题。Liu 等利用自组装肽 RADA16 在生理条件下自发快速成胶并释放 PTX：RADA16 使疏水药物在水溶液中稳定、PTX 粒径显著减小；肽浓度越高，药物释放半衰期越长，对 MDA-MB-435S 乳腺癌细胞增殖的抑制越明显。Raza 等研究了 pH 响应 FER-8 肽水凝胶的肿瘤靶向 PTX 递送：pH 7.4 下稳定成胶，酸性条件下降解更快；与游离药物相比，FER-8 水凝胶增加药物在 HepG2 细胞中的蓄积并有效抑制其生长，增强肿瘤靶向、延长驻留时间、降低全身副作用。Chakroun 等通过 PTX-肽偶联物自发结合形成超分子丝状水凝胶，实现持续数月的药物释放：设计四种含 PTX 的不同肽序列预凝胶溶液，以相反电荷氨基酸与烷基链调节释放动力学，含 RGDR 肽与药物的结合在保持细胞毒效应的同时促进肿瘤抑制。针对单药疗法疗效不足的问题，Liu 等设计了可注射 pH 响应 OE 肽水凝胶共递送吉西他滨（GEM）与 PTX：在肿瘤部位同步释放双药，体内外实验证实疗效，且水凝胶在不同 pH 下结构不同、对 pH 高度敏感。

表 2　肽类水凝胶药物递送体系的代表性定量数据

5.2 基因递送：DNA 与 RNA/siRNA 载体

基因治疗已成为备受关注的生物疗法。除 DNA 与多类 RNA 外，小干扰 RNA（siRNA）与微 RNA（miRNA）亦可用于调控基因表达；基因枪、脂质体与颗粒介导基因转移等非病毒载体已被开发为更安全的替代方案。肽水凝胶作为基因载体，其高黏度与低流动性可显著促进基因分子在组织中的滞留。

5.2.1 DNA 递送

Tian 等制备肽基纳米纤维水凝胶递送功能性 DNA 疫苗、提升 HIV 疫苗效力：G-NMe 末端基团结构有利于 DNA 负载，载体具有 DNA 缓释效应，经肌肉、皮内与皮下注射后强烈激活针对 HIV 的体液与细胞免疫应答。Medina 等研究了 DNA 包封肽水凝胶的体内免疫刺激潜力：以不同净电荷肽制备载体时，净电荷 +5 的肽保留了显著量的 DNA，电荷更大的肽则抑制肽解离、干扰细胞内化——说明载体肽的电荷设计存在最适窗口。Shepard 等用亲和肽修饰水凝胶以增强载体滞留、提高基质内转染：以赖氨酸重复序列（K4 与 K8）修饰后，基因装载量比未修饰水凝胶提高 25%，并在体外共培养模型中成功诱导 NGF 表达、促进神经突生长。Gojgini 等经 Michael 加成将 MMP 可降解肽与透明质酸（HA）交联形成 HA-AC/RGD 水凝胶，负载 DNA/聚乙烯亚胺（PEI）后表现出比更硬水凝胶更高的转基因表达；RGD 序列促进对肿瘤细胞的精准靶向。

5.2.2 RNA/siRNA 递送

Knipe 等将酶敏感肽连接到聚(甲基丙烯酸-co-N-乙烯基-2-吡咯烷酮)（P(MAA-co-NVP)）制备递送 siRNA 的肽基水凝胶用于炎症性肠病：P(MAA-co-NVP) 主链在胃部低 pH 下塌缩、保护包封的纳米凝胶；在酶（MMP-2、蛋白酶、胰酶、溶菌酶）存在下肽连接被破坏、释放 RNA，实现肠道 TNF-α 敲低。Cai 等以 MMP-2 底物肽 CPLGLAGC 交联羧甲基壳聚糖制备可降解 MMP-2sp 水凝胶，负载 TGF-β1 siRNA 多链体并吸附于静电纺丝纤维，构建单向水凝胶-电纺贴片用于肌腱周围抗粘连、抑制成纤维细胞增殖。Wang 等用 siRNA 治疗心肌梗死：载体由肼/醛修饰 HA 与蛋白酶活性响应肽混合制成自愈合水凝胶，实现 siRNA 的螯合与触发式递送至心脏。Kanazawa 等制备含 anti-RelA siRNA 与功能肽、以丝蛋白为基质的水凝胶用于特应性皮炎（AD）外用治疗：含功能肽的制剂局部给药后，siRNA 向 AD 诱发小鼠耳部皮肤的递送显著优于不含功能肽的制剂。

5.3 组织工程与再生医学

自组装肽（SAP）水凝胶具有优异的生物相容性与生物降解性，可形成类似天然细胞外基质（ECM）的纳米纤维网络，是运输干细胞的潜在材料。表 3 按组织类型汇总了代表性应用。

5.3.1 骨与软骨组织工程

骨组织工程要求材料具备高机械强度与匹配骨再生的长期稳定性，但肽材料通常强度不足，与其他材料复合是有效解决途径。RADA16 自组装肽水凝胶已用于大鼠与人骨髓间充质干细胞：共培养可显著促进成骨分化并表现明显矿化效应，体内缺损填充后再生骨组织的体积与强度均优于对照组；将 RADA16 与 RGD、DGR、PRG 等功能序列结合，可通过与相应膜受体结合显著促进细胞黏附、迁移与成骨分化；RADA16 等自组装肽作为包载载体还可通过缓慢释放 TGF-β1 促进骨髓间充质干细胞增殖，实现骨与软骨再生。基因活化基质（GAM）研究进一步展示了肽-基因-支架复合策略：GAM 由电纺聚(ε-己内酯)（PCL）纤维鞘层与海藻酸盐水凝胶芯构成，芯层携带编码骨形态发生蛋白 2 的质粒（pBMP2）与血管内皮生长因子质粒（pVEGF）；作者构建细胞穿膜肽 KALA 修饰支架作为基因载体，KALA 支架的转染效率高于公认金标准 PEI 支架、转染活性更持久，且 KALA 组转染细胞存活率甚至高于对照组；GAM 局部高效递送基因，通过激活体内血管生成与成骨加速骨愈合，为临界尺寸骨缺损修复提供了有效途径，也证明了无细胞支架基因治疗的潜力。Ding 等用生长因子结合肽 HSNGLPL（亲和肽）与 GelMA 水凝胶共价连接构建生物活性支架用于大鼠软骨再生：该亲和肽可不依赖外源生长因子、特异性募集并吸附宿主转化生长因子；3D 打印双层支架由肽-GelMA 层与羟基磷灰石/GelMA 层组成；体外验证肽通过选择性吸附 TGF-β1 具有软骨诱导能力，大鼠体内实验证明支架在无明显炎症下实现软骨与成骨诱导，步态分析验证关节缺损修复后的组织再生与运动功能恢复。作者同时指出：肽纳米材料尚不能为骨再生提供机械支撑，未来需增强分子间作用力与机械强度、改善抗压性并保持长期稳定性与时空匹配的可降解性。

5.3.2 肌腱组织工程

肌腱损伤（复合伤中常伴骨损伤）需要高拉伸强度与抗疲劳材料。美国每年在肌腱与韧带损伤上的花费超过 100 亿美元，而自体移植面临供体短缺与供区并发症。研究者将源自色素上皮衍生因子（PEDF）的 29 肽（N 端乙酰化、C 端酰胺化以提高稳定性）用于治疗急性肌腱断裂：该肽通过诱导 CD146+ 腱干/祖细胞（TSPC）克隆形成促进肌腱再生，扩增期间维持 TSPC 干性，移除 29 肽后 TSPC 可顺利分化为腱细胞样细胞；在肌腱损伤大鼠中，29 肽治疗引起 CD146+/BrdU-TSPC 浸润受损肌腱，与对照组相比提高拉伸强度并获得更有序的胶原纤维再生。RADA 纳米纤维水凝胶为 TSPC 存活与腱生成提供适宜微环境：Zhang 等证明 TSPC 与水凝胶联合（RADA + TSPC 组）相比未处理缺损组与单纯 RADA 组显著促进体内髌腱修复与行动功能恢复，修复肌腱基质组织更有序、脂肪细胞蓄积与血管形成减少，术后 8 周异位骨化（HO）减少。RADA 水凝胶在生理盐水存在下形成、载细胞培养液中保持稳定；将 RGD 基序直接加入 RADA 形成设计肽 RADA-RGD（Ac-(RADA)4-GG-RGDS-CONH2）后，两种肽均在生理盐水下自发组装凝胶化；通过分析 TSPC 在两种水凝胶中的存活、增殖、凋亡、形态、F-肌动蛋白组织、细胞排列与基因表达谱，研究得出水凝胶基质有助于衰老腱干细胞"返老还童"（rejuvenate）的结论。

5.3.3 肌肉、口腔与皮肤组织工程

Alheib 等用 RKRLQVQLSIRT 肽对二乙烯基砜改性结冷胶进行化学修饰，制备载成肌细胞的可注射层粘连蛋白生物功能化结冷胶水凝胶用于骨骼肌再生；小鼠实验筛选出局部交联的最适配方，证明此类可注射水凝胶可为植入/宿主细胞提供类原生环境、通过提高肌生成促进肌缺损再生。Cimenci 等利用层粘连蛋白模拟肽纳米纤维（PNF）支架再生受损骨骼肌：手动固相合成带正电的生物活性 LM-PA 与带负电的 E-PA 混合形成纳米纤维，经行为学、组织/生理学与分子分析验证，PNF 治疗通过增强卫星细胞募集与肌纤维增大加速骨骼肌再生，其 ECM 模拟结构提供机械支撑、为卫星细胞分化创造适宜环境。口腔组织方面，Li 等用多功能肽偶联、pH 敏感的非病毒基因载体转染牙髓干细胞（DPSCs）诱导 VEGF 过表达，VEGF 转染 DPSC 组促进快速血管化并在全长人牙根根管中再生血管化牙髓组织。Wang 等提出仿釉原蛋白仿生涂层：相转变溶菌酶（PTL）薄膜（模拟釉原蛋白 N 端与中央结构域）与基于 C 端端肽功能域的合成肽（C-AMG）结合，PTL/C-AMG 纳米薄膜将硅片浸入含溶菌酶、TCEP 与 C-AMG 的缓冲液中约 1 min 即可成膜，其类淀粉样结构作为黏合剂支持新形成羟基磷灰石（HAp）晶体与底物牢固结合，再矿化硬度可超越天然牙釉质。Zhou 等以 Fmoc 固相法合成 P-113、P-113-DPS、P-113-DA、P-113-SK 与 Sp-H5 五种防龋生物活性肽，构建抗污与矿化双生物活性牙面：可抑制致龋菌变异链球菌黏附、杀灭浮游菌并破坏其牙面生物膜，在酸性环境保护牙齿脱矿、在再矿化环境诱导自愈性再生，细胞相容性良好。皮肤方面，Hsu 等用 RADA16-I 组成的 SAP 开发止血绷带薄膜涂层：薄膜在酸性条件下与 HA、硫酸软骨素、硫酸葡聚糖等天然聚阴离子层层（LbL）组装，在 −80 至 60 °C 极端温度暴露后仍能形成纳米纤维凝块；在大鼠肾与肝模型中实现快速凝血与止血。由于皮肤组织工程对机械强度要求低于骨与肌腱、且皮肤环境易受牵拉，自愈合性能是必要特性——肽纳米材料的可逆动态特性使其在该领域具有强应用前景。

5.3.4 神经组织工程

神经损伤后再生困难，神经营养因子在神经细胞发育与恢复中作用重要，肽纳米材料为其提供生物相容性载体并按时序释放；肽水凝胶结构类似 ECM，是运输神经干细胞的潜在材料。Sun 等发现 SAP RADA16-I 的低 pH 特性在直接暴露时会损伤细胞与宿主组织，因此发展了由 RADA16-RGD 与 RADA16-IKVAV 两种设计肽制备纳米纤维水凝胶的策略：二者在中性 pH 下带相反净电荷，形成具有显著黏弹性的纳米纤维水凝胶，在 3D 细胞培养、神经再生与损伤后神经恢复中显示应用潜力。Wei 等用丝素肽（SF16）开发促进周围神经再生的肽基复合 3D 支架：体外证明 SF16 水凝胶是维持 PC12 细胞活力、形态与增殖的有效基质；体内电生理与步态轨迹分析证明其使振幅恢复显著优于阴性对照，可促进周围神经损伤后的轴突再生与功能恢复。Lu 等用双功能化 VEGF 与 BDNF 模拟肽表位功能化的 PNF 水凝胶进行周围神经重建：VEGF 模拟肽基序为 KLTWQELYQLKYKGI（结合并激活 VEGF 受体），BDNF 模拟肽基序为 RGIDKRHWNSQ（基于 BDNF 溶剂暴露的 Loop 3/4 设计，通过结合 p75NTR 与 TrkB 受体促进神经营养与神经突生长）；两种基序引入设计肽纳米纤维支架 RAD/KLT/RGI，为内皮细胞与神经细胞生长创建 3D 人工神经血管微环境。Liu 等以壳聚糖导管表面涂覆 DNA-肽纳米材料修复周围神经：涂层由单链 DNA（ssDNA）及其互补 DNA-肽模拟物经两步交联形成，可促进 HUVECs 增殖与背根神经节轴突生长，体内神经再生与血管生成经神经支配区肌肉功能恢复得到验证。Nam 等描述了作为生物相容、导电且生物稳定神经界面的超分子 β-肽水凝胶：以 Fmoc 化学合成 β-肽（KVKEVFFVKEVFFVK-EVY），与碳纳米管（CNTs）溶液混合制得导电水凝胶；β-肽纳米纤维在水凝胶中形成 3D 导电网络，通过紧密神经/水凝胶接触实现信号放大且无慢性神经炎症；水凝胶模拟神经组织黏弹性、可塑形，可用于急性与慢性皮层内及硬膜外神经信号记录。

表 3　肽类水凝胶/肽纳米材料在组织工程与再生医学中的代表性应用

6 设计原则总结、现存挑战与展望

6.1 可推广的设计准则

综合本综述梳理的证据，肽类水凝胶的理性设计可概括为"一个平衡、两类信号、三个层级"：一个平衡指亲疏水平衡（HLB）——疏水结构域（Val/Phe/Ile/烷基链/Fmoc）与带电/亲水结构域（Lys/Glu/Asp/精氨酸/OEG）的比例决定分子是形成胶束、纤维还是沉淀，pH 改变质子化状态即改变该平衡，是绝大多数 pH 响应成胶的共同本质；两类信号指外源性物理/化学信号（温度、光、盐、金属离子）与内源性病理信号（酸性微环境、酶过表达、氧化还原梯度），理想的设计将后者直接编码进序列（如 ALP 底物磷酸化酪氨酸、MMP 底物环肽、可光解 oNB/Nvoc 保护基），使材料在病灶处原位激活；三个层级指残基级（数目、位置、类型、手性）、构象级（β-折叠/α-螺旋/β-发夹/310-螺旋）与网络级（纤维长度、密度、缠结与交联）——分别对应上文表 1 的骨架设计、第 2 章的序列变量与第 4 章的流变调控。

6.2 现存挑战

自组装肽水凝胶的应用仍存在诸多待解决的问题：其一，肽自组装形成各种构象纳米纤维的机制尚未完全理解，需要更多实验证明现有机制；其二，作为组织工程支架使用时，水凝胶的机械性能仍需进一步提升，以满足临床应用特殊条件的要求（第 13 章在骨组织工程部分同样指出肽纳米材料无法承担承重支架功能，需增强分子间作用力与抗压性能、并保持长期稳定性与时空匹配的降解性）；其三，在药物递送的纳米载体应用中，如何在不同条件刺激下实现缓慢且定量的药物释放仍需深入探索。此外，从本综述的案例可见，体内验证与临床转化之间存在明显断层：多数体系仍停留在细胞与小鼠模型阶段，免疫原性、批次重现性、体内长期命运与规模化合成成本等问题在原著中亦未系统解决，是后续研究必须面对的工程化挑战。

6.3 展望

未来肽类水凝胶研究可在以下方向深化：（1）计算与实验联合设计——Tang 等 KYFIL（RAPID）与 Cote 等的计算机模拟研究表明，从序列到刚度的正向预测已具雏形，机器学习辅助的凝胶因子从头设计有望降低试错成本；（2）病灶激活的智能凝胶——Carlini 等心脏 MMP 激活环肽、Zhou 等 pH/Ca2+ 双响应 RTX 衍生 PA 代表了"以病理信号为触发器"的方向，将推动导管递送、微创介入等临床场景的应用；（3）多药/多因子共递送——Chakroun 的数月线性释放、GEM+PTX 双药体系与 VEGF/BDNF 双表位支架表明，水凝胶作为时空可编程的"分子储库"在联合治疗与再生微环境构建中优势不可替代；（4）导电与功能杂化——β-肽/CNT 导电神经界面提示，肽水凝胶与纳米材料的杂化将进一步拓展其感知与调控功能（原著第 5、6 章对肽-金属纳米粒与二维材料杂化另有专章论述）；（5）临床级质量研究与标准化——唯有在 GMP 合成、纯度控制、免疫与降解产物安全性、体内命运等维度建立标准，肽类水凝胶才能完成从"优雅的分子系统"到"可用的医疗产品"的跨越。