MIL-53(Fe)-葡萄糖自组装复合物通过Hippo/YAP通路增强血管新生和内皮尖端细胞活化的机制研究

本研究针对骨缺损修复中血管化不足的临床难题，创新性地利用金属有机框架材料MIL-53(Fe)的自组装特性，发现其与葡萄糖形成的复合物可通过激活Hippo/YAP信号通路，显著提升内皮细胞糖酵解活性和尖端细胞表型，促进血管新生。该成果为骨组织工程提供了新型纳米载体策略，发表于《Journal of Nanobiotechnology》。

　　

骨缺损修复是临床面临的重大挑战，尤其在临界尺寸骨缺损中，快速充分的血管化是决定再生效果的关键。现有策略多依赖生长因子或药物递送，但载体选择直接影响疗效。金属有机框架材料(MOF)因其高孔隙率和生物相容性成为研究热点，其中MIL-53(Fe)凭借独特的"呼吸效应"和化学稳定性备受关注。然而，MOF材料如何与内皮细胞互作、能否通过代谢调控促进血管化尚不明确。

中山大学口腔医院的研究团队在《Journal of Nanobiotechnology》发表研究，揭示了MIL-53(Fe)通过自组装葡萄糖增强内皮细胞糖酵解、激活尖端细胞表型的新机制。研究人员采用改良溶剂热法合成MIL-53(Fe)，通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和X射线衍射(XRD)确认其针状形貌和200 nm尺寸。体外实验显示5 μg/mL浓度可最佳促进人脐静脉内皮细胞(HUVEC)成管和迁移，使CD34⁺/DLL4⁺尖端细胞比例提升3.5倍。

分子动力学模拟发现MIL-53(Fe)与葡萄糖通过氢键形成稳定复合物（结合能1100 kJ/mol）。RNA测序揭示Hippo信号通路显著富集，Western blot验证YAP蛋白表达增加2倍而磷酸化YAP(Ser127)降低50%。在5 wt% MIL-53(Fe)/明胶甲基丙烯酰(GelMA)复合支架植入的大鼠颅骨缺损模型中，CD31^hiEmcn^hi型H血管密度达20.02%，是对照组的11倍。

关键实验技术包括：

1. 改良溶剂热法合成MIL-53(Fe)纳米材料
2. 三维球体血管新生模型评估尖端细胞活化
3. 海马能量代谢分析仪检测糖酵解速率(ECAR)
4. 分子动力学模拟自组装过程
5. 大鼠临界尺寸颅骨缺损模型验证促血管效果

材料表征与生物相容性
通过SEM/TEM观察到MIL-53(Fe)呈规则八面体针状结构，动态光散射(DLS)显示其在生理环境中带负电(-57.63 mV)，有利于细胞摄取。CCK-8和流式细胞术证实200 μg/mL浓度下HUVEC存活率>95%。

促血管效应验证
5 μg/mL MIL-53(Fe)使HUVEC成管能力提升4倍，划痕愈合率提高40%。免疫荧光显示尖端细胞标志物DLL4与CD34共定位系数显著增加，同时stalk细胞标志物HES1表达降低。

代谢重编程机制
Seahorse分析显示基础糖酵解提升1.5倍，关键酶GLUT1、PKM2蛋白表达上调。透射电镜证实MIL-53(Fe)@Glucose复合体被内化至胞质，XRD在16.6°出现特征峰证实葡萄糖装载。

体内疗效评估
5 wt%复合支架组CD31⁺血管密度是对照组的5.7倍，YAP抑制剂Verteporfin可逆转80%的促血管效应，证实Hippo/YAP通路的核心作用。

该研究首次阐明MOF材料通过代谢调控促进血管化的机制，创新性地利用框架材料的"呼吸效应"实现葡萄糖自组装，为骨再生提供了无需外源生长因子的新策略。MIL-53(Fe)的化学稳定性（几乎不释放Fe³⁺）和可注射GelMA支架的临床适用性，使其在创伤修复领域具有重要转化价值。未来研究可进一步探索该纳米载体在缺血性疾病中的应用潜力。