TLR2-PI3K/Akt信号通路介导的微生物模拟效应增强了GelMA包封的间充质干细胞（MSCs）在糖尿病伤口再生中的治疗性旁分泌功能

《Bioactive Materials》：TLR2-PI3K/Akt mediated microbe-mimetic priming boosts the therapeutic paracrine function of GelMA-Encapsulated MSCs for diabetic wound regeneration

慢性糖尿病伤口因血管生成障碍和免疫失衡难以愈合。本研究创新性地提出微生物模拟预处理的生物杂交策略，通过肽聚糖（PGN）和脂肽酰托烷菌素（LTA）联合激活间充质干细胞（MSCs）的TLR2-PI3K/Akt通路，显著增强其分泌血管生成因子（VEGF）和抗炎因子（IL-10、TGF-β）的能力。将活化后的MSCs（plMSCs）封装于生物相容性GelMA水凝胶中，实现细胞存活率>90%、药效持续释放。动物实验表明，plMSC-GelMA组糖尿病小鼠伤口愈合速度较对照组提升40%，新血管形成量增加3倍，且巨噬细胞M2极化率提高至72.4%。机制研究证实TLR2-PI3K/Akt信号轴是调控干细胞功能的关键通路，抑制该通路可使治疗效果下降67%。这一策略为糖尿病难愈性伤口提供了新解决方案，其核心在于微生物成分与生物材料的协同作用。

　　糖尿病慢性伤口的愈合一直是一个严峻的临床挑战，主要归因于血管生成受损和免疫稳态失调。尽管间充质干细胞（MSC）疗法展现出巨大的潜力，但由于MSC的存活率低以及分泌功能的不一致性，其疗效受到限制。为此，本研究提出了一种创新的生物杂交策略，该策略通过模拟微生物的预处理方法，结合细菌细胞壁成分（如肽聚糖，PGN和脂磷壁酸，LTA）以及它们在明胶甲基丙烯酰化（GelMA）水凝胶中的持续释放，以克服这些局限性。研究结果表明，这种策略显著提升了MSC的促血管生成和免疫调节能力，从而在小鼠的急性及糖尿病模型中实现了更快的伤口闭合速度和更优的组织修复效果。

在本研究中，MSC被PGN和LTA预处理，这两种成分来源于革兰氏阳性菌，能够激活宿主的Toll样受体2（TLR2），进而通过PI3K/Akt信号通路提升MSC的功能。通过将这些预处理后的MSC封装在GelMA水凝胶中，不仅提供了三维结构支架，还确保了MSC分泌因子的持续释放，同时保护细胞免受氧化应激和炎症环境的影响。实验结果显示，plMSC-GelMA组的MSC在72小时后依然保持良好的活性，表明该材料能够有效维持MSC的存活率和分泌能力。此外，水凝胶的结构特征，如高连通性的孔隙和均匀的孔隙率，为MSC的生长和功能发挥提供了理想的微环境。

为了验证plMSC-GelMA对伤口愈合的促进作用，研究人员使用了全层皮肤缺损模型，对C57BL/6小鼠和糖尿病小鼠进行了评估。结果显示，plMSC-GelMA在第10天实现了完全上皮化，比未预处理的MSC-GelMA、仅GelMA以及PBS对照组表现出更显著的愈合效果。进一步的免疫组化分析显示，plMSC-GelMA组的伤口中CD31和α-SMA的表达水平最高，表明血管生成显著增强。同时，M2型巨噬细胞的极化程度也明显提高，这些巨噬细胞不仅有助于炎症的缓解，还能促进血管生成和基质重塑，从而形成正反馈机制，推动组织再生。

研究还探讨了TLR2-PI3K/Akt信号通路在PGN/LTA激活MSC中的作用。通过基因沉默和药物抑制实验，研究人员发现TLR2的缺失或PI3K/Akt信号通路的阻断会显著降低MSC的促血管生成和抗炎效果，进一步确认了该通路在MSC功能增强中的核心地位。此外，通过蛋白质印迹分析和实时定量PCR（RT-qPCR）检测，研究团队发现PGN/LTA处理后，MSC中IL10、TGF-β和VEGF等关键因子的表达水平显著提升，表明这些因子的释放是MSC功能增强的重要驱动力。

本研究的创新之处在于，通过模拟微生物环境，不仅提升了MSC的治疗潜力，还结合了GelMA水凝胶这一先进的生物材料，为MSC的持续释放和局部作用提供了保障。这种生物杂交策略在临床转化方面展现出巨大前景，尤其是在糖尿病伤口修复领域。GelMA因其良好的生物相容性和可调节性，已经被广泛研究，并在多个领域显示出应用潜力。通过将MSC的预处理与生物材料封装相结合，本研究构建了一个具有广泛适用性的平台，为其他涉及愈合不良、慢性炎症或血管不足的MSC治疗提供了新的思路。

研究还指出，尽管目前的成果令人鼓舞，但仍有几个方面需要进一步探索。例如，不同微生物成分是否能通过TLR2或其他途径引发类似的MSC重编程，以及plMSC-GelMA在长期应用中的安全性如何。此外，深入研究下游效应分子和与其他关键再生通路（如Notch和Wnt）的相互作用，将有助于更全面地理解该策略的作用机制。通过这些进一步的研究，可以为该策略的临床转化提供更坚实的理论基础和实验支持。

综上所述，本研究通过创新性地将微生物模拟预处理与生物材料封装技术相结合，成功开发了一种具有显著治疗效果的生物杂交系统（plMSC-GelMA）。该策略不仅有效克服了传统MSC治疗的局限，还为实现功能性组织再生提供了新的解决方案。研究结果表明，plMSC-GelMA在促进血管生成和调节免疫微环境方面表现出色，为糖尿病伤口的治疗带来了新的希望。未来，随着对微生物-宿主相互作用机制的深入研究和生物材料技术的不断进步，这种策略有望在更多临床场景中得到应用和推广。