TiO2 纳米管通过SREBP1调控骨-脂分化平衡决定骨髓间充质干细胞命运的新机制

本研究针对钛基骨修复材料表面改性中细胞分化调控的难题，通过构建不同管径的TiO2 纳米管体系，首次揭示了SREBP1（固醇调节元件结合蛋白1）作为机械信号与代谢调控的关键节点，通过Lipin1/SREBP1通路响应纳米管诱导的细胞骨架重组，抑制脂肪酸合成关键酶ACC1、FASN的表达，从而促进BMSCs（骨髓间充质干细胞）成骨分化并抑制成脂分化。该发现为设计新型骨修复材料提供了代谢调控新靶点，论文发表于《Regenerative Biomaterials》。

　　

在骨科修复领域，大段骨缺损的临床治疗长期面临自体骨来源有限、异体骨免疫排斥等挑战。钛基植入物虽具有优良的机械性能，但其生物惰性表面常导致骨整合不良。更棘手的是，随着年龄增长，骨髓微环境中间充质干细胞(BMSCs)的成骨能力衰退而脂肪化倾向加剧，这种现象在骨质疏松患者骨髓脂肪堆积中尤为显著。传统观点认为TiO₂
纳米管主要通过调控细胞骨架张力促进成骨，但西南交通大学生命科学与工程学院的研究团队在《Regenerative Biomaterials》发表的研究，首次将目光投向脂代谢核心调控因子SREBP1（sterol regulatory element-binding protein 1），揭示了纳米管通过机械-代谢耦合作用决定干细胞命运的全新机制。

研究团队采用阳极氧化法构建了30nm（NS5）和100nm（NS20）两种管径的TiO₂
纳米管，通过RT-qPCR、Western blot等技术检测分化标志物表达，结合细胞骨架抑制剂Y27632处理实验，系统研究了纳米拓扑结构对BMSCs分化的影响。实验选用1-2周龄SD大鼠提取原代BMSCs进行培养。

3.1 TiO₂
纳米管表面表征
扫描电镜显示NS5和NS20组分别形成规整的30nm和100nm管径结构，接触角测试证实纳米管显著提升材料亲水性（图1）。能谱分析确认表面成分为TiO₂
，为后续细胞实验奠定基础。

3.2 TiO₂
纳米管调控BMSCs分化平衡
成骨标志物Runx2、OCN表达量在纳米管组提升2-3倍（图2E-H），而脂肪分化关键基因PPARγ、FABP4显著下调（图2A-D）。茜素红染色显示NS20组钙结节沉积量较平滑钛片（Flat）增加近80%（图2L），油红O染色则显示脂滴形成减少60%（图2I-J），证实纳米拓扑结构具有双向调控作用。

3.3 SREBP1介导的脂代谢重编程
研究发现纳米管使SREBP1转录水平降低65%（图3A），其下游靶基因ACC1、FASN（脂肪酸合成酶）同步下调。通过siRNA干扰证实，抑制SREBP1可模拟纳米管效应，使脂肪酸摄取受体LDLR表达量下降40%（图3F），提示代谢流重塑是分化调控的关键环节。

3.4 细胞骨架-Lipin1机械传感轴
荧光染色显示纳米管使细胞形状指数从Flat组的0.8降至0.3（图5B），表明显著诱导细胞伸长。当加入ROCK抑制剂Y27632后，Lipin1的纳米管诱导效应被逆转（图5C），而干扰Lipin1表达则使SREBP1蛋白水平反弹150%（图5F-G），阐明"纳米拓扑-细胞骨架-Lipin1-SREBP1"的级联调控通路。

这项研究创新性地将材料表面拓扑学与细胞代谢调控相联系，发现：① TiO₂
纳米管通过增强肌动蛋白聚合，上调Lipin1抑制SREBP1成熟体核转位；② 抑制脂肪酸合成关键酶表达，减少细胞内脂质积累；③ 通过代谢重编程打破"成骨减弱-成脂增强"的恶性循环。这不仅为理解骨髓微环境衰老提供新视角，更为设计兼具机械适配与代谢调控功能的骨修复材料开辟了新路径。未来研究可进一步探索该机制在骨质疏松等代谢性骨病中的应用潜力。