鱼鳔胶原蛋白通过TNF-α/NF-κB通路调控巨噬细胞M2极化促进血管再生的机制研究

本研究针对哺乳动物胶原（如牛/猪源I型胶原）在生物医学应用中存在的免疫原性和热稳定性不足等问题，创新性地从鱼鳔中提取高稳定性胶原（SCC），通过构建PCL/SCC电纺支架和小鼠颈动脉移植模型，证实SCC可通过TNF-α/NF-κB通路促进巨噬细胞向M2表型极化，显著提升血管移植物通畅率（100% vs 33.3%），为新型抗炎型生物材料研发提供新策略。

　　

在组织工程和再生医学领域，胶原蛋白作为细胞外基质的关键成分，其免疫调节功能一直备受关注。然而，目前临床常用的哺乳动物源胶原（如牛/猪I型胶原）存在传播人畜共患病风险，而重组胶原又面临热稳定性差、三螺旋结构不完整等瓶颈。更棘手的是，血管移植物植入后的急性炎症反应和血栓形成，常常导致小口径血管（<6mm）移植失败率高达50%。这些难题促使科学家将目光转向水生生物——鱼鳔胶原（SCC）因其独特的40.08°C热变性温度（T_d）和富含半胱氨酸的分子特征，展现出比传统胶原更优的生物相容性和抗氧化能力。

发表在《Materials Today Bio》的这项研究，由Yuanchi Wang等学者通过多维度实验揭示了SCC的免疫调控机制。研究人员首先采用酸-酶法从鲢鱼鱼鳔中提取SCC，通过SDS-PAGE和FTIR确认其保留了完整I型胶原结构。随后构建了胶原涂层和PCL/SCC电纺支架两种体系，结合RNA-Seq转录组分析、小鼠皮下植入模型和颈动脉置换手术等关键技术，系统评估了SCC的生物学效应。

3.1 SCC的制备与表征

电镜显示SCC呈多孔絮状结构，SDS-PAGE证实其含有典型的α1(I)和α2(I)链，分子量约130kDa。红外光谱在3310-3270 cm^-1（酰胺A带）和1600 cm^-1（酰胺I带）的特征峰，验证了三螺旋结构的完整性。

3.2 胶原涂层的免疫调控

原子力显微镜（AFM）显示SCC涂层表面粗糙度（Rq=2.7±0.5 nm）显著高于牛腱胶原（CTC）。当LPS诱导的M1型巨噬细胞（RAW264.7）培养24小时后，SCC组CD206⁺ M2标记物表达量较CTC组提高2.3倍，而促炎因子TNF-α mRNA水平下降61%。

3.3 转录组学机制解析

RNA-Seq发现SCC通过下调Cx3cr1等促炎基因，上调IL-10等抗炎基因，激活TNF-α/NF-κB通路。GSEA分析显示该通路与细胞因子-受体相互作用的富集分数（NES=2.01, p<0.001）最显著。

3.4 PCL/SCC支架的性能优化

电纺制备的PCL/SCC血管支架（直径0.7mm）接触角从PCL的112°降至68°，纤维孔径从5.9±1.6 μm扩大至9.8±3.7 μm，更利于细胞浸润。XPS在399.75eV处检测到氮元素峰，证实SCC成功负载。

3.5 血液相容性突破

血浆复钙实验显示PCL/SCC组的凝血滞后时间（4.3±0.1 min）较PCL组延长59%，APTT（35.3±2.1 s）延长17%，血小板粘附数量减少72%，溶血率<3%（符合ISO 10993标准）。

3.6 动物实验验证

小鼠颈动脉移植4周后，PCL/SCC组通畅率达100%，而PCL组仅33.3%。免疫荧光显示PCL/SCC组CD206⁺/CD68⁺比值提高3.1倍，α-SMA⁺新生血管平滑肌厚度减少58%，证实其通过调控巨噬细胞极化抑制内膜增生。

这项研究首次阐明鱼鳔胶原通过TNF-α/NF-κB通路调控免疫微环境的具体机制，其制备的PCL/SCC血管支架兼具抗凝（延长APTT）、促内皮化（CD31⁺覆盖率提升41%）和抗狭窄（抑制平滑肌增生）三重优势。相较于既往报道的鲨鱼皮胶原（Alves AL, 2017）和猪骨胶原（Hao et al, 2020），SCC在热稳定性和免疫调节效率上展现出显著优势，为心血管移植物和创伤敷料研发提供了新型候选材料。未来研究可进一步探索SCC中特殊氨基酸序列（如富含的-SH基团）与TLR受体相互作用的分子细节，以优化其免疫调控的精准性。