《Carbohydrate Polymers》：Sodium hyaluronate based multifunctional hydrogels delivering SiRNA for sustained silencing of SMAD3: A novel strategy to treat intrauterine adhesions
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子宫粘连（IUA）主要由异常激活的TGF-β/SMAD3信号通路引发子宫内膜纤维化。本研究开发了一种可注射的QOHP@siRNA水凝胶，通过沉默SMAD3基因抑制纤维化进程，同时具备抗菌、止血、自愈和长期滞留特性，在动物模型中有效预防粘连复发并促进血管生成和内膜修复。
陈凯|王家伟|刘倩|王慧茹|宁雪晴|王京鑫|胡晓佳|钟璐|吴丽敏|罗天志|黄家宇|郑胜霞
中国科学院大学第一附属医院，生殖与遗传中心，妇产科生命科学与医学系，中国合肥庐江路17号，230001。
摘要
子宫内粘连（IUA）在女性不孕症中起着重要作用，主要是由于子宫内膜TGF-β/SMAD3信号通路异常激活导致的子宫内膜纤维化。然而，有效预防IUA手术后的高复发率仍然是一个需要解决的重大挑战。为了解决这一挑战，本文介绍了一种新型的原位注射型QOHP@siRNA水凝胶，通过沉默SMAD3来预防IUA。这种水凝胶解决了siRNA在IUA治疗中吸收不良、半衰期短和快速降解的问题。此外，它还表现出对革兰氏阴性和革兰氏阳性球菌的强抗菌活性，以及良好的子宫内膜黏附性和内部止血性能。体外和体内实验结果表明，QOHP@siRNA能够持续沉默SMAD3，具有抗纤维化作用和微环境保护作用。此外，它还能促进子宫内膜血管生成和细胞增殖，最终恢复生育能力。这种治疗策略在IUA的治疗方面显示出巨大的潜力，同时也为其他疾病的基因递送载体疗法提供了新的见解。
引言
子宫内粘连（IUA）是一种妇科疾病，其特征是在子宫内膜损伤后子宫腔内形成粘连（Lin等人，2023年）。IUA已成为子宫不孕的主要原因，影响子宫内膜的接受性，从而影响胚胎着床（Rodríguez-Eguren等人，2024年；Wu等人，2023年）。值得注意的是，流产后IUA的发病率高达19%，而宫腔镜检查后的发病率高达62.5%（Y. Chen等人，2017年；Orlando & Bradley，2022年）。为了防止再次粘连，通常使用激素疗法来刺激子宫内膜再生，并使用宫腔内植入物来减少再次粘连（Yuan等人，2022年）。然而，目前仍缺乏有效的治疗方法来预防IUA的发生。
IUA的主要病理机制是子宫内膜基质细胞的异常纤维化（Qi等人，2024年；Sun等人，2024年）。转化生长因子-β1（TGF-β1）已被确定为纤维化过程中的关键调节因子（H. Liu等人，2024年）。在正常生理条件下，TGF-β信号通路维持着支持组织修复和重塑的动态平衡（Deng等人，2024年）。在病理条件下，TGF-β信号通路异常激活，主要通过细胞内的SMAD蛋白传递信号（Tuleta等人，2024年）。SMAD家族包括三类功能成员：受体调节型SMAD（SMAD 2、3、5和8）、共同介质型SMAD（SMAD4）和抑制型SMAD（SMAD6和7）（Miyazawa & Miyazono，2017年）。TGF-β刺激后，SMAD3被磷酸化，与SMAD4形成复合物，驱动FN1、COL1A1和α-SMA（ACTA2）等促纤维化基因的转录，从而促进成纤维细胞的激活和细胞外基质的异常沉积，加速IUA的发生（Wang等人，2024年；Weng等人，2023年）。TGF-β信号通路在IUA发展中的作用尚不清楚。此外，针对这一通路的安全有效干预措施是否能够提供精确的IUA治疗方法也尚未明确。
小干扰RNA（siRNA）通过降解相应的信使RNA（mRNA）对疾病相关基因表现出特异性和高效的沉默效果，特别适合用于治疗特定疾病（Moazzam等人，2024年；Xie等人，2024年）。然而，RNA分子在穿过细胞膜时面临挑战，这无疑限制了它们的有效性（Qiao, Zou, Bie, & Lv，2024年）。此外，siRNA的半衰期短，需要更高的浓度或更频繁的给药，导致成本增加和潜在的毒性（Zhuo等人，2024年）。因此，开发一种能够将siRNA高效递送到目标部位并长时间保持效果的载体已成为紧迫的研究方向（Rong等人，2023年；Yan等人，2022年）。此外，递送载体必须具备最小侵入性、自愈能力和组织黏附能力（Lee等人，2022年）。作为经宫颈切除粘连（TCRA）后的辅助疗法，宫腔内给药本身也应具有最小侵入性（Hu等人，2024年；Zhang, Shi, Sun, & Niu，2024年）。关键的是，载体在注射后必须在子宫内膜表面形成持久的黏附屏障（Mendez等人，2024年），这种屏障既能机械防止粘连复发，又能适应动态的子宫环境（Feng等人，2023年）。理想的IUA siRNA载体应具备以下特性：（1）能够持续释放siRNA并具有高效的基因沉默效果；（2）可注射，以实现最小侵入性；（3）具有防止再次粘连的物理支持；（4）具有自愈和黏附性能，以适应子宫腔的特殊环境并防止TCRA后的术后出血；（5）具有优异的抗菌性能，以改善子宫腔微环境。
本研究在临床IUA组织样本和体外子宫内膜细胞纤维化模型中证实了TGF-β/SMAD3信号通路的异常激活。这些发现表明，靶向抑制SMAD3可能是一种新的IUA预防治疗策略。近年来，非病毒载体如阳离子脂质体和聚合物在siRNA递送领域得到了广泛应用（Yao等人，2025年）。聚酰胺胺（PAMAM）树状大分子是一种合成大分子，具有高度有序的三维结构、多个末端基团和树状拓扑结构（Wang等人，2023年）。其分子框架由三个核心部分组成：中心核心、分支单元和表面末端。氨基末端的质子化产生的正电荷以及内部腔体的协同作用可以有效地与阴离子siRNA结合（Moreira等人，2025年）。为了构建递送系统，将透明质酸钠（HA）氧化生成醛基化的OHA，然后进行季铵基团修饰，得到QOHA。随后通过将QOHA与负载siSMAD3的PAMAM树状大分子混合制备QOHP@siRNA水凝胶。这种水凝胶由于具有可逆的Schiff碱键而具有可注射性和自愈性能，能够实现TCRA后的最小侵入性递送并适应子宫腔环境。其丰富的醛基赋予了组织黏附性，从而具有优异的止血性能和延长的子宫内停留时间（Lee等人，2024年）。此外，QOHP与siRNA通过静电作用结合，提高了转染效率（Chen等人，2023年）。其季铵基团的天然抗菌活性有助于促进子宫修复微环境。我们假设QOHP@siRNA治疗能有效减轻IUA并恢复大鼠模型的生育能力，为IUA提供了一种有前景的治疗策略（图1）。
材料
透明质酸钠（HA，Mw = 20 kDa）购自浙江晶佳医疗科技有限公司（中国浙江）；过氧化氢钠（≥99.8%）、乙二醇（≥99%）和Girard试剂T（≥98%）购自Aladdin有限公司（中国上海）；PAMAM购自Dendritech有限公司（美国米德兰）。siRNA由上海Sangon生物技术公司（中国上海）合成；Lipo3000购自ThermoFisher Biotechnology（美国沃尔瑟姆）。
HA修饰
过氧化氢钠（OHA）的制备方法如下：
IUA患者的子宫内膜纤维化评估
TGF-β1/SMAD3信号通路的异常激活是子宫内膜纤维化的重要因素，这在IUA的发展中起着关键作用（H. Liu等人，2024年）。为了评估IUA患者的子宫内膜纤维化情况，我们对正常志愿者和IUA患者的子宫内膜组织进行了Masson染色，发现后者的纤维化程度明显更严重（图1A、B）。定量PCR（q-PCR）分析显示与纤维化相关的基因显著上调
结论
总之，我们的研究表明SMAD3的过度表达通过TGF-β信号通路诱导组织纤维化。基于这一发现，我们开发了一种多功能siRNA载体QOHP水凝胶，具有可注射、自愈、抗菌、组织黏附和可降解的特性。这种QOHP水凝胶能够稳定且持续释放siRNA，抑制局部组织纤维化的进展。此外，它还能促进组织修复和血管生成，最终恢复生育能力
CRediT作者贡献声明
陈凯：撰写——原始草稿、可视化、方法学、数据分析。王家伟：撰写——审稿与编辑、可视化、方法学、研究、数据分析。刘倩：方法学、研究、数据分析。王慧茹：方法学、研究。宁雪晴：验证、研究、数据分析。王京鑫：监督、研究。胡晓佳：监督、软件操作。钟璐：数据管理。吴丽敏：监督、资金筹集。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（81971339、82201792、82260315、82374212、82571878、82572440）、中国博士后科学基金（2025M782289）、中央高校基本科研业务费（WK2480000006）、安徽省卫生健康委员会科研项目（2024Aa30476）、江西省自然科学基金（20242BAB25446、20224BAB216025）以及中国科学技术大学双一流研究基金的支持。
