成纤维细胞生长因子2通过调控磷酸盐代谢促进人脐带周细胞基质囊泡介导的矿化作用

本研究针对人脐带周细胞(HUCPVCs)在骨组织工程中矿化能力不足的问题，通过添加FGF2调控ENPP1-PPi-TNAP轴，发现FGF2可双重调控磷酸盐代谢：上调组织非特异性碱性磷酸酶(TNAP)促进矿化，同时抑制外切核苷酸焦磷酸酶/磷酸二酯酶1(ENPP1)减少焦磷酸盐(PPi)积累。该研究为牙科种植体表面整合和骨再生提供了新策略。

　　

在再生医学领域，人脐带周细胞(HUCPVCs)因其来源广泛、增殖能力强等优势备受关注，但其在骨组织工程中的应用仍面临矿化能力不足的瓶颈。既往研究表明，转化生长因子β(TGF-β)等因子会诱导HUCPVCs向肌成纤维细胞分化而非成骨方向分化。那么，如何有效调控HUCPVCs的成骨分化？这成为Sakurako Asada团队在《Journal of Oral Biosciences》发表的最新研究要解决的核心问题。

研究团队创新性地采用成纤维细胞生长因子2(FGF2)干预HUCPVCs，通过碱性磷酸酶(ALP)活性检测、茜素红染色等经典方法，结合新一代测序(NGS)技术，系统揭示了FGF2通过"双管齐下"的机制促进矿化：一方面上调组织非特异性碱性磷酸酶(TNAP)活性，另一方面抑制外切核苷酸焦磷酸酶/磷酸二酯酶1(ENPP1)表达，从而降低细胞外焦磷酸盐(PPi)浓度。这种双重调控作用在钛(Ti)和氧化锆(Zr)种植体表面同样表现优异，为临床牙科种植技术提供了新思路。

关键技术方法包括：从剖宫产产妇脐带获取HUCPVCs；使用含激活维生素D₃(VD)、LDN-193189(LDN)和TGF-β1的矿化诱导培养基；采用选择性FGF受体抑制剂LY2874455进行功能验证；通过NGS转录组分析和qPCR检测矿化相关基因表达；使用PPi检测试剂盒定量细胞外PPi浓度；在Ti和Zr盘上进行矿化能力评估。

研究结果部分：

3.1 FGF2增强HUCPVCs矿化能力

实验显示，添加FGF2使HUCPVCs的ALP活性提高31.7倍，钙沉积量显著增加。抑制剂LY2874455可完全阻断这一效应，证实FGF2信号通路的特异性作用。

3.3 转录组分析揭示关键通路

NGS分析发现FGF2显著上调基质囊泡介导的矿化相关基因，同时下调肌成纤维细胞分化标志物α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)表达。

3.4 基因表达谱特征

qPCR显示FGF2使TNAP表达上调99.37倍，PIT1提高5.79倍，而ENPP1和α-SMA分别降低6.23倍和10.97倍。免疫荧光染色直观呈现了这种表达差异。

3.6 PPi浓度变化

FGF(-)HUCPVCs组PPi浓度是FGF(+)组的30倍，证实ENPP1-PPi轴在抑制矿化中的关键作用。

3.7 TNAP挽救实验

添加外源性TNAP成功恢复FGF(-)HUCPVCs的矿化能力，钙沉积量与FGF(+)组相当，验证了PPi降解的重要性。

3.8 种植体表面矿化

FGF(+)HUCPVCs在Ti和Zr盘上均形成显著矿化结节，TNAP表达分别上调47.4和49.7倍，展示临床应用潜力。

讨论与结论指出，该研究首次阐明FGF2通过"ALP上调+ENPP1-PPi抑制"的双重机制促进HUCPVCs矿化。这不仅丰富了干细胞定向分化理论，更重要的是：1) 为骨缺损修复提供了新的细胞来源；2) 开发出通过调控磷酸盐代谢增强干细胞成骨能力的新策略；3) 证实HUCPVCs在种植体表面整合中的应用价值。研究团队特别强调，相比传统骨髓间充质干细胞(MSCs)，HUCPVCs具有取材方便、无伦理争议等优势，结合FGF2处理可望成为骨组织工程的"明星组合"。未来需要开展更多供体来源的细胞实验和体内研究，以推动这一发现向临床应用转化。