前言

心肌梗死（MI）是一个严重威胁人类生命和健康的重大健康问题。现在，及时恢复缺血心肌的血流灌注是治疗急性MI的关键措施，但这一策略本身可能引发一种称为心肌缺血再灌注损伤（MI/RI）的病理现象。鉴于MI/RI的核心机制涉及复杂的氧化应激与炎症级联反应，针对这些关键通路开发精准疗法是突破治疗瓶颈的关键。

北京中医药大学李春研究员/王婧宇副研究员团队在中西医结合纳米医学领域取得重要突破，其研究成果"Artificial Cell Derived Vesicles from Ginsenoside Rg1-Primed Mesenchymal Stromal Cells Mitigate Oxidative Stress and DNA Damage in Myocardial Ischemic / Reperfusion Injury" 发表于国际权威期刊 Nano Research（中科院一区，影响因子9.0）。

该研究针对急性心梗治疗中关键难题——心肌缺血再灌注损伤（MI/RI），创新性地将中药活性成分人参皂苷Rg1与现代纳米生物技术相融合，成功构建出一种高效抗心肌缺血再灌注损伤的新型纳米制剂：Rg1-ACDVs（人参皂苷Rg1诱导的人工细胞衍生囊泡）。

这一成果不仅为急性心肌梗死的精准治疗带来全新方案，也为中药现代化转化、赋能再生医学给予了范式性案例。

原文链接：http://www.sciopen.com/article/10.26599/NR.2025.94907535

研究背景

心肌缺血再灌注损伤（MI/RI）作为急性心梗治疗中亟待攻克的难题，其核心机制与氧化应激及炎症级联反应紧密相关，最终会加剧心肌细胞死亡并诱发心力衰竭。尽管间充质基质细胞（MSCs）及其衍生物凭借出色的免疫调节、抗炎和组织修复潜能成为治疗领域的热点，但在临床应用中，仍受限于体内存活率低、靶向递送效率不足以及规模化生产困难等瓶颈。

本研究以传统中药人参（Panax ginseng）为出发点。人参自古就有 “百草之王” 的美誉，《本草纲目》中记载其 “补气养血、强心安神”，尤其擅长调理心悸、虚脱、失眠、心痛等病症，是调养心血管系统的重要中药材。

研究团队采用来自K8凯发国际生物的3D TableTrix® 微载体和3D FloTrix® miniSPIN FLEX 4通道生物反应器进行3D细胞动态培养，这种先进的培养方式更贴近细胞在体内的生长微环境，能更好地维持 MSCs 的干细胞特性和生物学功能。

在此基础上，从人参中提取其代表性活性单体 —— Rg1，用于激活经 3D 培养的 MSCs。研究发现，这一中药单体能够显著增强 3D 培养的干细胞的增殖能力、抗氧化能力和 DNA 修复功能，为后续纳米囊泡的构建奠定了坚实基础。在 Rg1 预处理 3D 培养的 MSCs 基础上，团队利用微孔陆续在挤压与超速离心技术，从中制备出人工细胞衍生囊泡（Rg1-ACDVs），并用于心肌缺血再灌注损伤的治疗。

研究设计

人参皂苷Rg1激活在3D生物反应器的微载体上培养的MSC，顺利获得膜挤压技术制备人工细胞衍生囊泡（ACDVs）。Rg1-ACDVs顺利获得减少氧化应激和DNA损伤，增强了对心肌缺血/再灌注损伤的治疗效果，凸显了中药和纳米工程在可扩展心脏治疗中的协同潜力。

研究内容

人参皂苷 Rg1 可以促进 2D 培养和 3D生物反应器中 MSC 的增殖。 ▲（a）IncuCyte 结果显示，经 Rg1 处理的 2D 培养板中 MSC 密度变化。 ▲（b）3D 旋转生物反应器中微载体上 MSC 培养示意图。 ▲（c）钙黄绿素 和 PI 染色 3D 培养中 MSC 的生长情况。 ▲（d）3D 反应器中 MSC 数量变化。 ▲（e）流式细胞术分析显示 MSC 身份生物标志物未受不良影响。 ▲（f）RNA 测序显示，Rg1处理对MSC有显著影响。 ▲（g）KEGG 通路分析发现上调的差异表达基因富集在细胞周期进程和 DNA 复制通路。 ▲（h）GSEA 证实 Rg1 治疗与 DNA 修复和细胞周期调控标志性基因集正相关。

与其他 MSC 衍生物相比，Rg1-ACDV 展现出独特特性。 ▲（a）为顺利获得挤压和梯度离心生产 ACDVs 的示意图。 ▲（b）TEM 图像呈现了 ACDV、Rg1-ACDV、EV 和 Rg1-EV 的形态。 ▲（c）NTA 显示了这四种物质的直径分布。 ▲（d）NTA 显示了Zeta 电位。 ▲（e）WB 检测 ACDV、Rg1-ACDV、EV、Rg1-EV 和 MSC 中 EV 标志物的表达情况。 ▲（f-g）对 ACDV、Rg1-ACDV 和 Rg1-EV 的 miRNA-Seq 分析显示：（f）维恩图呈现了组间的 DE-miRNA；（h）GO 术语富集情况以及（g）Rg1-ACDV 和 Rg1-EV 之间与 DE-miRNA 对应基因的 GSEA 分析结果。 ▲（i-k）对 ACDV、Rg1-ACDV、EV 和 Rg1-EV 的蛋白质组学分析表明：（i）考马斯亮蓝染色显示 ACDV 和 EV 具有不同的蛋白质表达模式；（j）亚细胞定位以及（k）Rg1-ACDV 和 Rg1-EV 之间 DEG 对应基因的 KEGG 通路富集情况。

Rg1-ACDVs 对 H2O2损伤的心肌细胞表现出优异的治疗效果。 ▲（a-b）利用AC16 和H9c2细胞摄取ACDVs。 ▲（c-d）在梯度浓度H2O2损伤 24 小时后使用 CCK-8 检测（c）AC16 和（d） H9c2 的相对细胞活力。 ▲（e-f）在H2O2损伤 24 小时并进行各种处理后使用 CCK-8 检测（e）AC16 和（f）H9c2 的细胞活力。 ▲（g-j）使用 IncuCyte 检测 24 小时H2O2损伤及不同处理后，AC16（g-h）以及H9c2（i-j）细胞生长情况。

Rg1-ACDVs 在 MI/RI 大鼠模型中显示出治疗效果。 ▲（a）心肌注射 Rg1-ACDVs 治疗 MI/RI 的示意图。 ▲（b）超声心动图检测心脏功能，随后分析大鼠的（c）LVEF 和（d）LVFS。 ▲（e-f）测量血浆中心肌损伤标志物（e）LDH 和（f）CK-MB 的水平。 ▲（g,h）H&E 染色。 ▲（i,j）Masson 染色。 ▲（k）TUNEL 染色显示心肌组织切片中的凋亡细胞。

AC16细胞的转录组学分析表明，Rg1-ACDVs处理后DNA损伤减少。 ▲（a-g）AC16细胞的mRNA-Seq分析：（a）火山图和（b）模型组与对照组之间鉴定出的DEG表达热图。Rg1-ACDVs和Rg1-EVs处理的AC16细胞的mRNA-Seq分析比较：（c）火山图、（d）GO term富集、（e）KEGG通路富集和（f）GSEA分析，突出显示与改善细胞周期和减少DNA损伤相关的通路。（g）代表性ROS标记物的FPKM。 ▲（h-i）H9c2 细胞和AC16 细胞Mito-Tracker 荧光图结果表明Rg1-ACDVs携带更多线粒体成分。 ▲（j-k）H9c2 细胞和AC16 细胞的 Mito-Tracker 荧光强度流式细胞术分析。

Rg1-ACDVs 可在体内和体外降低心肌细胞的氧化应激。 ▲（a-b）使用流式细胞术检测（a）AC16 和（b）H9c2 细胞中的 ROS 水平。 ▲（b-d）AC16 和H9c2 细胞 MitoTracker 和 MitoSOX 染色的统计分析，表明 Rg1-ACDVs 处理后线粒体 ROS 降低。 ▲（e）大鼠心肌组织中 DHE 染色的代表性荧光图像，表明 Rg1-ACDVs 处理后 ROS 降低。 ▲（f-i）测量血浆中的 ROS 标志物（f）SOD、（g）CAT、（h）GSH 和（i）MDA 的水平，显示抗氧化酶活性增强和脂质过氧化降低。

Rg1-ACDV 可减轻 DNA 损伤，保护心肌细胞免受 MI/RI 损伤。 ▲（a-c）H9c2 细胞中γ -H2AX 和8-OHdG 表达的代表性免疫荧光图像。 ▲（d-f）AC16 细胞中γ -H2AX 和8-OHdG 表达的代表性免疫荧光图像。 ▲（g）SD大鼠心肌组织中γ -H2AX 的代表性免疫组织化学图像。

研究结论

与传统未处理且采用常规培养的细胞取得的囊泡相比，Rg1-ACDVs 在多个方面实现了显著突破：

1、更高产量：囊泡产出提升近10倍，利于规模化生产；

2、更强功能性：富含修复DNA损伤和调节氧化应激的蛋白质与miRNA；

3、更优生物效应：在细胞实验与动物模型中显著降低心肌损伤，提升心功能，减少梗死面积。

该研究顺利获得组学与功能实验分析，首次系统阐明了中药活性成分增强纳米囊泡治疗效能的作用原理，进一步揭示了Rg1-ACDVs的核心机制优势：

1、多组学赋能：Rg1促进干细胞表达多种DNA修复、细胞周期及抗氧化通路相关基因；

2、囊泡货载升级：相比未处理囊泡，Rg1-ACDVs中线粒体蛋白、核转录调控蛋白含量显著提高；

3、保护心肌：Rg1-ACDVs显著降低心肌细胞内活性氧（ROS），减少DNA断裂标志物γ-H2A和8-OHdG表达，达到强力抗氧化和心肌保护效果。

这不仅揭示了中药单体能够以“细胞激活器”身份介入生物制剂功能构建，更确立了“本草—成分—细胞调控—功能递增”的中药现代工程化路径。未来，团队将进一步探索中药激活型囊泡的靶向递送方式，如心脏支架涂层或吸入式给药，为MI/RI等心血管重大疾病给予更精准、更高效的治疗选择。

这项成果充分体现了中西医结合下“以现代科技激活传统智慧”的科研理念，以经典本草为起点，顺利获得现代技术实现治疗功能升级，为中医药参与前沿医学科技创新给予了可复制、可拓展的新路径，也彰显了中医药在再生医学时代的重要学科价值。

研究应用材料及设备

3D TableTrix® 微载体

① 更仿生：由数万颗弹性三维多孔微载体组成，孔隙率>90%，粒径大小可控于50-500μm区间， 均一度≤100μm，形成真正的3D仿生培养。 ② 资质全：该产品已取得2项CDE药用辅料资质，登记号为【F20200000496；F20210000003】，3项FDA原料药及药用辅料资质，登记号为【DMF：037798、035481；MF：29721】 ③ 易收获：特异性降解技术裂解微载体，收获相较于传统方式更高效更温和。 ④ 更安全：拥有权威组织出具的裂解残留检测、细胞毒性、热原反应、遗传毒性、体内免疫毒理学相关质量评价报告以及溶血性、皮下注射局部刺激性、主动全身过敏性、腹腔注射给药毒性等安全性评价报告。 ⑤ 易放大：顺利获得3D培养方式，结合K8凯发国际生物3D细胞智造平台全线产品可以实现全自动封闭式大规模细胞培养，实现千亿量级细胞收获。 ⑥ 更优质：顺利获得3D多孔可降解微载体+ 动态培养技术，进行三维培养，优势显著——培养细胞体积更小、迁徙能力更强，同时具备更卓越的免疫调节和组织修复潜能。

通讯作者：北京中医药大学研究员、博士研究生导师李春。

通讯作者：北京中医药大学副研究员、硕士研究生导师王婧宇。

【关于K8凯发国际】

北京K8凯发国际生物科技有限公司创建于2018年，由清华大学生物工程学院杜亚楠教授科研团队领衔创建，清华大学参股共建。核心技术源于清华大学科技成果转化，并凭借此项技术荣登中国科协“科创中国”先导技术榜。作为国家级高新技术企业、国家级专精特新“小巨人”企业、潜在独角兽企业，更取得国家科技部多项重点研发专项支持。

作为高质量三维细胞制造专家，K8凯发国际生物给予基于3D微载体的一站式定制化细胞规模化扩增整体解决方案，打造了原创3D细胞智造平台，实现规模化、自动化、智能化、密闭式的细胞药物及其衍生品生产制备，以此帮助全球客户建立最为先进的细胞药物生产线。在开创【百亿量级】干细胞制备工艺管线后，加速向【千亿量级】进发，致力于以3D细胞规模化智造技术赋能细胞与基因治疗产业，惠及更多患者。