上海
氫氣（ H? ）因能夠選擇性清除細胞毒性羥基自由基（ ·OH ），同時不干擾正常氧化還原信號，被認為是極具潛力的治療性抗氧化分子。近年來，吸入氫氣、富氫水及氫釋放材料等多種氫療法相繼被開發，并在心腦血管疾病、炎癥及組織損傷治療中展現出良好的應用前景。然而，氫氣低溶解度、易擴散以及體內半衰期短等特點，使其難以在病灶部位維持足夠濃度和持續作用時間。如何實現治療性氫氣的長期、可控和精準釋放，成為限制氫療法臨床轉化的關鍵瓶頸。
2026 年 6 月 5 日，南方醫科大學第十附屬醫院李振華研究員團隊聯合美國哥倫比亞大學生物醫學工程系程柯教授團隊在 Nature Biomedical Engineering 發表題為 An injectable hydrogen-producing bacteria hydrogel for cardiac repair in rodent and porcine models 的研究論文。研究團隊首次將光合產氫細菌應用于心臟缺血再灌注損傷治療，通過構建一種可注射產氫細菌水凝膠（PSB Hydrogel），在心臟局部建立持續產氫系統，實現治療性氫氣的長期釋放，并在嚙齒動物及巴馬小型豬模型中驗證了顯著的心肌保護效果。
構建光照響應型產氫細菌水凝膠
與外源輸注氫氣不同，研究團隊嘗試讓機體自身建立一個持續工作的 “ 產氫系 統 ” 。為此，他們選擇了具有天然光合作用能力的沼澤紅假單胞菌（ Rhodopseudomonas palustris ）作為核心功能單元。這類細菌能夠在光照條件下持續產生氫氣，為長期治療提供穩定來源。為了實現細菌在心臟局部的安全滯留，研究團隊進一步利用豬真皮來源細胞外基質（ ECM ）構建可注射水凝膠，將光合細菌包裹其中。該策略不僅顯著提高了細菌在心臟局部的保留時間，同時實現了光照觸發的持續產氫，為心肌損傷治療提供了全新的活體制藥模式。
重塑線粒體穩態，恢復受損心肌能量代謝
缺血再灌注損傷發生后，線粒體首先成為氧化應激攻擊的主要靶點。大量活性氧積累不僅導致線粒體膜結構破壞，還會引起融合與分裂失衡，最終造成能量代謝障礙和心肌細胞死亡。
研究發現，光照激活后的 PSB 治療能夠顯著改善受損心肌細胞的線粒體狀態。無論是在細胞模型還是動物模型中，治療后線粒體膜電位得到恢復， ATP 生成能力顯著提高，氧化磷酸化功能明顯改善。進一步分析顯示，該策略能夠調控線粒體動力學相關蛋白表達，促進線粒體結構重建和功能恢復，從而維持心肌細胞正常能量供應。這些結果表明，持續產氫帶來的獲益并不僅限于自由基清除，更重要的是實現了線粒體功能重塑和心肌能量代謝重建，為受損心肌提供持續的保護作用。
完成大動物驗證，邁向臨床轉化關鍵一步
大動物研究是評價新型心血管治療技術臨床應用前景的重要環節。為驗證該策略的轉化潛力，研究團隊進一步在中國巴馬小型豬心肌缺血再灌注模型中開展研究。
結果顯示，經胸腔鏡微創方式完成心包腔給藥后， PSB 治療組表現出更好的心 肌存活和組織修復效果。治療后危險心肌區域得到有效挽救，纖維化程度明顯降低，心肌結構保存更加完整。同時，超聲心動圖和心臟磁共振結果均顯示治療組左心室功能獲得顯著改善。
值得關注的是，本研究不僅證明了工程化活體產氫策略在大動物中的有效性，也驗證了心包腔遞送這一臨床可行給藥路徑，為未來開展相關臨床研究奠定了基礎。
總體而言，該研究不僅為心肌缺血再灌注損傷提供了一種全新的治療策略，也為利用工程化微生物持續產生治療分子治療重大疾病提供了重要范例。隨著微型光源設備和活體微生物治療技術的不斷發展，該策略有望推動活體細菌治療從基礎研究邁向臨床應用，為缺血性心臟病等重大疾病治療帶來新的解決方案。
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41551-026-01700-z
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