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  周圍神經(jīng)損傷是臨床常見重癥，多由創(chuàng)傷、手術(shù)并發(fā)癥等引發(fā)，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)與感覺功能障礙。但周圍神經(jīng)結(jié)構(gòu)與功能復(fù)雜，使其完全修復(fù)極具挑戰(zhàn)。組織工程支架神經(jīng)導(dǎo)管的出現(xiàn)為神經(jīng)修復(fù)提供了新路徑，然而，嚴(yán)重神經(jīng)損傷會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞代謝紊亂、鐵調(diào)節(jié)蛋白功能異常，使其難以維持鐵穩(wěn)態(tài)，進(jìn)而引發(fā)鐵過載甚至鐵死亡。過量Fe²⁺池會(huì)引發(fā)芬頓反應(yīng)生成大量羥基自由基，誘發(fā)過度氧化應(yīng)激與脂質(zhì)過氧化，廣泛損傷細(xì)胞膜和線粒體、破壞能量供應(yīng)通路，還會(huì)引發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與線粒體應(yīng)激，嚴(yán)重阻礙軸突再生。因此，亟需構(gòu)建能有效調(diào)控鐵穩(wěn)態(tài)并幫助供能的功能神經(jīng)導(dǎo)管，以改善神經(jīng)再生微環(huán)境從而加速神經(jīng)修復(fù)。

  在本研究中，武漢理工大學(xué)戴紅蓮團(tuán)隊(duì)與武漢大學(xué)喻愛喜團(tuán)隊(duì)合作，提出了一種負(fù)載超支化聚檸檬酸（PCA）的微凝膠模塊填充型神經(jīng)導(dǎo)管構(gòu)建策略，通過協(xié)同調(diào)控鐵穩(wěn)態(tài)、抑制應(yīng)激反應(yīng)與強(qiáng)化線粒體能量代謝，實(shí)現(xiàn)神經(jīng)再生微環(huán)境的多維度改善。該體系以可紫外光交聯(lián)的明膠-硫辛酸(Gel-LA)為基質(zhì)，負(fù)載Fe²⁺螯合劑 PCA，通過微流控技術(shù)制備微凝膠模塊，再以注射方式注入取向靜電紡絲導(dǎo)管（聚（3S-(甲基)-嗎啉-2,5-二酮-co-ε-己內(nèi)酯），P(MMD-CL)）中，最終構(gòu)成 PCA/Gel-LA/P (MMD-CL) 復(fù)合神經(jīng)支架。導(dǎo)管植入體內(nèi)后，P (MMD-CL) 的取向納米纖維為細(xì)胞提供拓?fù)湟龑?dǎo)； Gel-LA 微凝膠的級(jí)聯(lián)孔結(jié)構(gòu)（高比表面積）為細(xì)胞提供了大量的黏附位點(diǎn)和生長空間，從而促進(jìn)細(xì)胞浸潤與營養(yǎng)傳輸；釋放的PCA 則通過多重機(jī)制發(fā)揮作用：① 其富含的羧基可高效螯合損傷部位過量 Fe²⁺，抑制芬頓反應(yīng)介導(dǎo)的活性氧生成；同時(shí)可直接清除 DPPH 與羥基自由基，雙重抵御氧化應(yīng)激；② PCA可上調(diào)抗凋亡蛋白 Bcl-2 表達(dá)、下調(diào)促凋亡蛋白Bax與Caspase-3 活性，緩解內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與線粒體應(yīng)激，保護(hù)線粒體呼吸鏈復(fù)合體功能，提升細(xì)胞能量生成效率；③ PCA 還能激活 HIF-1α/VEGF 信號(hào)通路，促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞遷移與管形成，加速神經(jīng)血管化進(jìn)程。這項(xiàng)工作揭示了PCA在周圍神經(jīng)修復(fù)中的生物學(xué)調(diào)控機(jī)制，且這種集拓?fù)湟龑?dǎo)、鐵穩(wěn)態(tài)調(diào)控、能量代謝強(qiáng)化于一體的協(xié)同體系，突破了傳統(tǒng)神經(jīng)導(dǎo)管微環(huán)境調(diào)控單一、修復(fù)效率有限的技術(shù)瓶頸，為周圍神經(jīng)損傷修復(fù)提供了新思路，并為更廣泛的組織再生工程提供了一種有前景的策略（圖1）。

  2026年1月1日，該研究成果以“Poly(citric acid) bidirectional regulator: coordinating iron homeostasis to suppress stress responses and boosting mitochondrial bioenergetics for enhanced nerve repair”為題發(fā)表在Advanced Materials上（Advanced Materials 2025, DOI: 10.1002/adma.202507931）。武漢理工大學(xué)梁馨月博士生和武漢大學(xué)中南醫(yī)院宋語晨碩士生為本論文的共同第一作者，武漢理工大學(xué)戴紅蓮研究員和武漢大學(xué)中南醫(yī)院喻愛喜教授為本論文的共同通訊作者。

圖1：生物活性PCA神經(jīng)支架構(gòu)建及改善周圍神經(jīng)再生微環(huán)境的機(jī)制示意圖

  本研究首先通過Sn (Oct)₂催化 MMD 與 ε-CL 開環(huán)聚合合成P(MMD-CL)，其靜電紡絲纖維直徑均勻、取向規(guī)整，相比 PCL 而言，親水性與降解性能更優(yōu)且力學(xué)性能適配神經(jīng)修復(fù)。其次，PCA 由甘油與檸檬酸高溫聚合形成超支化結(jié)構(gòu)，在水溶液中呈聚集態(tài)，兼具濃度依賴性 Fe²⁺螯合能力與自由基清除活性。Gel-LA則通過明膠接枝硫辛酸制備而成，其微凝膠塊經(jīng)兩次光交聯(lián)形成級(jí)聯(lián)孔結(jié)構(gòu)（300-400 μm 微球、200-300 μm 球間孔、50-100 μm 球內(nèi)孔），液體滲透率遠(yuǎn)高于塊狀水凝膠；Gel-LA/PCA 微凝膠水凝膠流變性能穩(wěn)定，注入 P (MMD-CL) 導(dǎo)管后可形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)固的復(fù)合支架，為神經(jīng)再生提供物理支撐與生物活性調(diào)控（圖2）。

圖2：生物活性PCA神經(jīng)支架的合成與表征

  經(jīng)FAS誘導(dǎo)構(gòu)建雪旺細(xì)胞（RSCs）鐵過載模型后，PCA處理可顯著提升細(xì)胞內(nèi)熒光強(qiáng)度，高效螯合過量Fe²⁺，并呈濃度依賴性降低ROS水平，逆轉(zhuǎn)GSH含量與GPX4活性的下降趨勢(shì)；同時(shí)上調(diào)抗凋亡蛋白Bcl-2與抗氧化酶PON1表達(dá)，下調(diào)促凋亡蛋白Bax與Caspase-3水平，緩解線粒體膜電位降低，提升線粒體呼吸鏈復(fù)合體Ⅰ、Ⅴ活性及ATP生成量，改善細(xì)胞氧耗速率（OCR）相關(guān)指標(biāo)（基礎(chǔ)呼吸、最大呼吸、ATP生成），有效保護(hù)線粒體功能、抑制細(xì)胞凋亡（圖3）。

圖3: PCA螯合Fe²⁺并在鐵過載的情況下保護(hù)線粒體功能

  PCA具有顯著的促血管生成作用，Transwell 實(shí)驗(yàn)證實(shí)其能促進(jìn)人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞（HUVECs）遷移，管形成實(shí)驗(yàn)中則顯著增加網(wǎng)格數(shù)與連接點(diǎn)數(shù)；RT-qPCR 結(jié)果表明，PCA 可上調(diào)血管生成關(guān)鍵基因 CD31、VEGF、HIF-1α 與 SDF-1α 的表達(dá)，其機(jī)制可能與PCA螯合Fe²⁺減少 HIF-1α 降解相關(guān)，通過激活 HIF-1α/VEGF 信號(hào)通路，為神經(jīng)再生提供充足營養(yǎng)與氧氣支持（圖4）。

圖4：PCA促進(jìn)血管生成

  術(shù)后1周的體內(nèi)實(shí)驗(yàn)顯示，Hyd_PCA組（負(fù)載PCA的微凝膠導(dǎo)管組）較Hyd組（空白微凝膠導(dǎo)管組）顯著降低了損傷神經(jīng)部位TNF-α、NF-κB的表達(dá)，有效緩解早期炎癥反應(yīng)；同時(shí)下調(diào)GRP78、p-PERK等內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激標(biāo)志物，上調(diào)Nrf-2表達(dá)以減輕氧化損傷，還能抑制Bax活化與Cyt-c釋放、上調(diào)Bcl-2表達(dá)，緩解線粒體應(yīng)激與細(xì)胞凋亡。此外，Hyd_PCA組SOD2、CAT表達(dá)雖降低，但HO-1及線粒體DNA修復(fù)基因POLG、OGG-1表達(dá)升高，進(jìn)一步證實(shí)PCA可協(xié)同調(diào)控炎癥、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與線粒體應(yīng)激，保護(hù)神經(jīng)細(xì)胞功能（圖5）。

圖5: PCA可減輕炎癥反應(yīng)并緩解受損周圍神經(jīng)修復(fù)過程中的線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激

  Hyd_PCA組較Hyd組顯著上調(diào)損傷部位HIF-1α、SDF-1α等血管再生相關(guān)蛋白表達(dá)，血管網(wǎng)絡(luò)更規(guī)整，證實(shí)PCA可有效促進(jìn)神經(jīng)血管化。且術(shù)后1-4周Hyd_PCA組再生軸突（NF200）生長和雪旺細(xì)胞（S100）遷移與成熟速率更快，4周時(shí)已實(shí)現(xiàn)神經(jīng)斷端對(duì)接，顯著優(yōu)于Hyd組（圖6）。

圖6: PCA促進(jìn)受損周圍神經(jīng)修復(fù)過程中的血管和神經(jīng)再生

  術(shù)后1周對(duì)大鼠近端神經(jīng)進(jìn)行RNA測(cè)序結(jié)果顯示，Hyd_PCA組較Hyd組的差異表達(dá)基因涉及抗炎（PPAR、IL-17信號(hào)通路）、血管成熟、能量代謝（AMPK、脂肪酸降解通路）及神經(jīng)再生相關(guān)通路，且富集于炎癥調(diào)控、氧化應(yīng)激、ATP合成、鈣離子結(jié)合等過程。PCA可協(xié)同上調(diào)氧化磷酸化、三羧酸循環(huán)關(guān)鍵基因、電子傳遞鏈復(fù)合物亞基表達(dá)及神經(jīng)活性配體-受體通路標(biāo)志物基因，揭示PCA通過轉(zhuǎn)錄重編程調(diào)控多重生物學(xué)過程，為神經(jīng)再生營造有利微環(huán)境（圖7）。

圖7：術(shù)后1周對(duì)大鼠近端神經(jīng)殘端進(jìn)行PCA RNA測(cè)序以研究炎癥反應(yīng)、血管生成、能量代謝和神經(jīng)再生早期調(diào)控情況

  術(shù)后12周功能與形態(tài)評(píng)估顯示，Hyd_PCA組大鼠腓腸肌濕重比顯著高于Hyd組，肌纖維結(jié)構(gòu)完整、膠原沉積少；神經(jīng)傳導(dǎo)速度、復(fù)合肌動(dòng)作電位振幅及坐骨神經(jīng)功能指數(shù)（SFI）均優(yōu)于Hyd組，且接近自體移植組。組織學(xué)與TEM分析證實(shí)，Hyd_PCA組再生軸突直徑、髓鞘厚度及有髓軸突密度顯著高于Hyd組，雪旺細(xì)胞分布均勻，神經(jīng)結(jié)構(gòu)規(guī)整，且炎癥與瘢痕組織少，全面驗(yàn)證了PCA復(fù)合導(dǎo)管在神經(jīng)形態(tài)修復(fù)與功能恢復(fù)中的顯著成效（圖8）。

圖8: 術(shù)后12周評(píng)估神經(jīng)再生功能

  總結(jié)：周圍神經(jīng)損傷后瓦勒氏變性引發(fā)缺血、炎癥及氧化應(yīng)激微環(huán)境，損傷部位Fe²⁺蓄積通過芬頓反應(yīng)加劇ROS生成，誘發(fā)細(xì)胞凋亡、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與線粒體應(yīng)激，阻礙神經(jīng)再生；而PCA可通過雙重作用協(xié)同調(diào)控該微環(huán)境：一方面螯合過量Fe²⁺并直接清除自由基，減少ROS介導(dǎo)的氧化損傷；另一方面緩解細(xì)胞器應(yīng)激、促進(jìn)ATP生成、抑制TNF-α等炎癥因子表達(dá)、上調(diào)VEGF/CD31等血管生成相關(guān)因子，同時(shí)調(diào)控凋亡相關(guān)蛋白平衡，最終協(xié)同促進(jìn)血管重建與神經(jīng)再生（圖9）。

圖9: PCA調(diào)節(jié)周圍神經(jīng)再生微環(huán)境機(jī)制

  論文鏈接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202507931