人工生物膜包被的病原体肽聚糖支架通过动态重编程巨噬细胞代谢促进广谱抗细菌感染

针对细菌感染治疗中免疫调节不足的问题，研究人员开展了一项关于鱼鳔源胶原蛋白(SCC)调控巨噬细胞极化的创新研究。通过构建胶原涂层和电纺聚己内酯(PCL)/SCC支架，证实SCC通过激活TNF-α/NF-κB通路促进M1向M2型巨噬细胞转化，显著改善血管移植物通畅性并减少炎症反应。该研究为开发具有免疫调节功能的生物材料提供了新思路。

　　

在组织工程和再生医学领域，如何调控免疫微环境始终是重大挑战。巨噬细胞作为先天免疫系统的关键效应细胞，其M1/M2表型平衡直接影响组织修复效果。传统哺乳动物源胶原虽能调节免疫反应，但存在人畜共患病风险、热稳定性差等局限。与此同时，小口径血管移植物(<6mm)因易发生血栓和内膜增生，临床效果始终不理想。这些瓶颈问题促使Yuanchi Wang等研究者将目光投向水生生物资源——鱼鳔胶原蛋白(Swim bladder-derived collagen, SCC)，这种富含半胱氨酸的I型胶原不仅具有更高热稳定性(40.08°C)，其独特的氨基酸组成可能赋予特殊生物活性。

为探究SCC的免疫调节功能，研究团队采用多学科技术手段：通过酸-酶法提取SCC并表征其理化性质；构建胶原涂层和电纺PCL/SCC复合支架系统；运用RNA-Seq转录组分析揭示分子机制；建立小鼠颈动脉移植模型评估体内效果。关键技术包括原子力显微镜(AFM)分析表面粗糙度、X射线光电子能谱(XPS)检测元素组成、酶联免疫吸附试验(ELISA)定量细胞因子、免疫荧光标记巨噬细胞表型等。

3.1. SCC的制备与表征

研究首先从白鲢鱼鳔中提取出具有典型三螺旋结构的I型胶原，SDS-PAGE显示其α1(I)和α2(I)链分子量约130kDa。红外光谱证实SCC具有胶原特征吸收带(酰胺A/B/I/II/III)，紫外吸收峰位于220-240nm，与牛跟腱胶原(CTC)相似但含独特半胱氨酸。

3.2. 胶原涂层系统

通过SEM和AFM发现，SCC涂层表面粗糙度(Rq=2.7±0.5nm)显著高于空白组和CTC组，这种微纳结构更利于细胞粘附。活死染色显示人脐静脉内皮细胞(HUVECs)在SCC涂层上生长状态最佳。

3.3. SCC介导巨噬细胞极化

LPS诱导的M1型巨噬细胞在SCC涂层上呈现更接近M2型的圆形形态，细胞面积变化最小。qPCR检测显示SCC显著上调抗炎标志物(CD206、Arg-1、VEGF)，下调促炎因子(IL-6、IL-1β、TNF-α)。RNA-Seq分析发现SCC通过TNF-α/NF-κB通路调控269个上调基因和339个下调基因，其中促炎基因(Csf3r、Il12b)下调而抗炎基因(Il10、Tnfrs1b)上调。

3.4. PCL/SCC支架的生物相容性

电纺制备的PCL/SCC(9:1)支架纤维直径2.6±0.5μm，孔隙率9.8±3.7μm，接触角测试证实SCC赋予材料亲水性。XPS检测到399.75eV的氮元素特征峰证实SCC成功负载。CCK-8实验显示支架对L929细胞和HUVECs的存活率>90%。

3.5. 血液相容性评估

PCL/SCC显著延长活化部分凝血活酶时间(APTT=35.3±2.1s)和凝血酶时间(TT=44.7±2.0s)，血浆再钙化实验显示其凝血延迟时间(4.3±0.1min)是对照组的1.6倍。SEM观察证实PCL/SCC血小板粘附数量减少，溶血率<5%符合医用标准。

3.6. 体内抗炎效果

大鼠皮下植入4周后，PCL/SCC组CD206⁺M2巨噬细胞占比显著高于PCL组(免疫荧光定量p<0.01)，ELISA检测显示IL-10分泌量增加2.3倍而TNF-α降低58%。

3.7. 血管移植应用

小鼠颈动脉移植模型中，预载M1细胞的PCL/SCC移植物4周通畅率达100%(PCL组仅33.3%)。H&E染色显示新生血管壁厚度均匀(78±12μm vs 145±23μm)，α-SMA⁺平滑肌层更薄但CD31⁺内皮覆盖更完整。

这项发表于《Materials Today Bio》的研究首次系统揭示了鱼鳔胶原通过代谢重编程调控巨噬细胞极化的分子机制。其创新性体现在：发现SCC特有的半胱氨酸残基可能通过氧化还原调控影响NF-κB活化；创建"材料-免疫-组织再生"协同作用新模式；为解决小口径血管移植物通畅率低的问题提供了兼具抗凝和抗炎功能的解决方案。未来研究可进一步优化SCC的羟基化修饰，探索其在心肌修复、糖尿病溃疡等更广泛领域的应用价值。