细胞因子激活的间充质干细胞源细胞外基质通过增强软骨细胞稳态及招募干细胞软骨分化促进软骨修复

为解决软骨修复中免疫反应和供体并发症等问题，研究人员通过炎症因子（IL-6/TNF-α/IFN-γ）预处理的间充质干细胞源细胞外基质（ECM），显著提升软骨细胞线粒体能量代谢和干细胞招募分化能力，尤其IFN-γ-ECM通过整合素/PI3K/Akt和Smad2/3通路促进软骨再生，为无细胞软骨移植提供新策略。

　　

软骨损伤修复一直是临床难题，由于软骨缺乏直接血液供应，营养依赖滑液渗透，损伤后易进展为骨关节炎（OA）。传统方法如微骨折（MF）或自体软骨移植存在细胞来源有限、免疫排斥等问题，而合成材料又难以模拟天然软骨的生物学活性。间充质干细胞（MSCs）分泌的细胞外基质（ECM）虽具潜力，但常规培养的ECM功能单一，无法满足复杂修复需求。

为解决这些问题，重庆医科大学附属第一医院的研究团队创新性地采用炎症因子（IL-6、TNF-α、IFN-γ）预处理MSCs，优化其ECM的组成与功能。研究发现，IFN-γ预处理的ECM（IFN-γ-ECM）能显著恢复损伤软骨细胞的线粒体功能，促进ATP生成，并通过整合素/磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）/Akt和Smad2/3信号通路招募内源性干细胞并诱导其分化为软骨细胞。该成果发表于《Research》，为无细胞软骨修复提供了新思路。

研究采用以下关键技术：1）炎症因子预处理MSCs并制备脱细胞ECM；2）蛋白质组学分析ECM成分变化；3）Transwell迁移实验评估细胞招募能力；4）线粒体膜电位（ΔΨm）和活性氧（ROS）检测分析能量代谢；5）大鼠软骨缺损模型验证IFN-γ-ECM的修复效果。

研究结果
Fabrication and assessment of the MSC-derived ECM
通过冻融法脱细胞处理的ECM保留糖胺聚糖（GAGs）且DNA含量低于20 ng/mg，扫描电镜显示多孔结构，力学测试证实其机械性能稳定。CCK-8实验表明ECM降解产物无细胞毒性。

Proteomic analysis of the eECM
蛋白质组学显示IFN-γ-ECM中胶原、层粘连蛋白（Lama）和基质金属蛋白酶（MMPs）表达显著改变，并富集TGF-β超家族成员（如TGFBI、TGFB3）和趋化因子CXCL12，可能通过旁分泌调控修复过程。

Effect of the eECM on chondrogenic matrix biosynthesis in chondrocytes
IFN-γ-ECM逆转IL-1β诱导的软骨细胞Ⅱ型胶原（col II）降解，抑制ADAMTS5表达，降低炎症因子TNF-α和IL-6水平，并促进细胞增殖。

Effects of the eECM on energy metabolism in chondrocytes
IFN-γ-ECM显著降低ROS水平，提升ATP产量，JC-1染色显示线粒体膜电位恢复，Mitotracker染色证实线粒体数量增加。

The influence of the eECM on stem cell migration and recruitment
划痕实验和Transwell实验表明IFN-γ-ECM对C3H10T1/2细胞的迁移诱导能力最强，可能与CXCL12的持续释放有关。

Indirect regulation of stem cell chondrogenesis by the eECM
间接共培养中，IFN-γ-ECM通过激活p-Smad2/3显著上调aggrecan和sox9基因表达，阿利新蓝染色显示GAGs分泌增加。

Direct regulation of stem cell chondrogenesis by the eECM
直接接触培养证实整合素亚基（ITGA2/ITGA5/ITGB1）介导PI3K/Akt通路激活，抑制剂LY294002可阻断此效应。

The role of the eECM in treating cartilage defects
大鼠模型显示，IFN-γ-ECM联合MF术后12周时缺损区新生组织与周围软骨整合良好，ICRS评分显著优于对照组，免疫组化显示col II高表达。

结论与意义
该研究通过炎症因子预处理策略赋予MSC-ECM双重功能：既修复损伤软骨细胞的能量代谢障碍，又招募内源性干细胞定向分化为软骨细胞。IFN-γ-ECM的优越性源于其独特的蛋白质组成，如富集TGF-β和整合素配体，能同时激活Smad和PI3K/Akt通路。这一发现突破了传统ECM的局限性，为开发“智能化”无细胞支架提供了理论依据，对OA及其他软骨退行性疾病的治疗具有重要转化价值。未来需进一步验证其在大型动物模型和人类组织中的长效安全性。