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关节软骨自我修复能力有限，现有修复技术难以满足需求。研究人员围绕 LOX 展开研究，利用 TGF-β1 激活剂和 BAPN 抑制剂干预体外软骨再生。发现 TGF-β1 可通过激活 LOX 改善软骨力学性能，为组织工程软骨优化提供新方向。
关节软骨损伤修复一直是临床难题。作为无血管组织，其自我再生能力极有限，传统手术或保守疗法难以生成功能匹配的修复组织。随着组织工程技术的兴起，体外构建软骨样组织成为希望，但现有技术构建的软骨力学强度远不及天然软骨，限制了临床应用。问题的核心在于软骨细胞外基质（ECM）中胶原纤维的交联程度和空间排列 —— 这直接决定了软骨的力学性能。赖氨酰氧化酶（LOX）作为催化胶原纤维共价交联的关键酶，能否通过调控其活性改善体外软骨的力学特性，成为亟待探索的科学问题。
上海交通大学医学院附属上海九院的研究团队针对这一挑战，开展了 “赖氨酰氧化酶介导软骨细胞及细胞外基质再生在体外组织工程软骨构建中的作用” 研究。团队通过激活和抑制 LOX 活性的双策略，系统评估了其对体外再生软骨质量和力学性能的影响，相关成果发表在《Scientific Reports》。
研究采用了细胞培养、酶联免疫吸附测定（ELISA）、扫描电子显微镜（SEM）、组织学染色、生物力学测试等技术。从新生猪关节面分离软骨细胞，通过二维（2D）和三维（3D）培养构建组织工程软骨模型。利用 TGF-β1（转化生长因子 -β1）激活 LOX，β- 氨基丙腈（BAPN）抑制 LOX，筛选出不影响细胞增殖的最优浓度（TGF-β1 10 ng/mL、BAPN 0.1 mM），并通过细胞活性检测（CCK-8）、胶原和糖胺聚糖（GAG）定量、免疫组化检测 II 型胶原表达等，综合分析 LOX 对软骨再生的影响。
实验结果
LOX 活性对细胞行为的影响
通过 CCK-8 和 ELISA 发现，低浓度 BAPN（≤0.1 mM）对细胞活性无显著影响，但≥0.1 mM 时 LOX 表达显著下降；TGF-β1 在 10 ng/mL 时 LOX 活性最高，20 ng/mL 则因诱导软骨细胞肥大化导致 LOX 表达降低。2D 培养显示，TGF-β1 组细胞呈聚集生长，7 天时细胞数量减少，提示其可能通过调控细胞表型促进软骨分化。
三维构建软骨的宏观与组织学评估
SEM 显示，TGF-β1 组形成的软骨样组织表面光滑，ECM 沉积丰富，II 型胶原染色强且结构均匀；BAPN 组则质地松散，ECM 染色弱，胶原纤维排列紊乱。这表明 LOX 激活可显著促进 ECM 分泌和有序排列。
力学性能与胶原交联分析
生物力学测试显示，TGF-β1 组的杨氏模量最高，BAPN 组最低，且 TGF-β1+BAPN 组部分逆转了激活效应。pyridinoline（PYR，胶原交联关键分子）和 LOX 含量在 TGF-β1 组最高，印证了 LOX 通过增强胶原交联提升力学强度的机制。透射电镜（TEM）进一步观察到，TGF-β1 组胶原纤维密度高、长度≥1000 nm 的纤维数量显著增多，证实了胶原网络的优化。
结论与讨论
研究证实，LOX 通过催化胶原纤维共价交联，显著提升体外组织工程软骨的力学性能。TGF-β1 可通过 SMAD 非依赖的 MAPK 通路激活 LOX，促进 ECM 分泌和胶原有序排列，而抑制 LOX 则导致胶原交联不足、力学性能下降。这一发现揭示了 LOX 作为改善体外软骨构建质量的关键靶点的潜力，为优化组织工程软骨的培养条件提供了新策略。尽管研究已筛选出 TGF-β1 的最佳作用浓度，但未来仍需探索更高效的 LOX 激活剂及其复合调控机制，以推动体外软骨构建技术向临床转化。该研究为解决关节软骨缺损修复的临床难题开辟了新方向，有望通过调控 ECM 微观结构提升组织工程产品的功能匹配性。
