机械调控Il11ra1+/Itga11+成纤维细胞定向迁移重塑脊髓损伤后纤维化瘢痕并促进轴突再生

这篇研究通过构建机械强度梯度水凝胶（HADA/HRR），首次揭示了机械转导通过LRP6-Wnt/β-Catenin-MMP7信号轴调控Il11ra1+/Itga11+成纤维细胞亚群定向迁移的机制，将紊乱的纤维化瘢痕重塑为平行排列的ECM支架，显著促进脊髓损伤（SCI）后轴突再生和神经回路重建，为靶向机械微环境的抗纤维化治疗提供了新策略。

　　

1 引言

脊髓损伤（SCI）后纤维化瘢痕是阻碍轴突再生的关键屏障。传统清除细胞外基质（ECM）的策略忽视了其对组织完整性的保护作用。本研究创新性地提出通过机械调控成纤维细胞行为来重塑ECM结构的新理念。

2 结果

2.1 梯度机械强度水凝胶的构建

通过调节多巴胺（DA）接枝率（14.5%-29.1%），成功制备储能模量（G′）为50-400 Pa的透明质酸-多巴胺（HADA）/HRR水凝胶，其中中等强度（100 Pa）与脊髓天然力学特性匹配。

2.2 机械强度介导ECM重塑

移植中等强度水凝胶使层粘连蛋白（Ln）、胶原I/IV等ECM成分沿脊髓纵轴平行排列，而高/低强度组则形成无序瘢痕。单细胞测序发现该现象与特定Il11ra1⁺/Itga11⁺成纤维细胞亚群（占47.2%）的富集相关。

2.3 机械引导的细胞迁移模式

体外实验揭示成纤维细胞呈现"负向趋硬性"迁移，但仅中等强度组细胞形成前端-后端极性：

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  黏着斑蛋白（Vinculin）在纵轴两端聚集

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  原子力显微镜（AFM）检测显示纵向黏附力（21.5 nN）显著高于横向（5.5 nN）

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  去酪氨酸微管蛋白（DetyrTub）表达增加2.3倍

2.4 MMP7的核心调控作用

转录组分析发现Wnt通路效应分子MMP7在中等强度组下调3.8倍：

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  添加MMP7抑制剂可使高/低强度组Itga11⁺/Il11ra1⁺细胞比例提升至42%

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  MMP7过表达则破坏ECM平行排列（纤维取向角离散度增加68%）

2.5 LRP6-β-Catenin-MMP7信号轴

机械刺激通过抑制LRP6磷酸化（p-LRP6/LRP6降低62%），促进β-Catenin磷酸化降解，最终下调MMP7表达。使用LRP6激动剂HLY78可逆转该效应。

2.6 轴突再生与神经连接重建

中等强度水凝胶组在4周时：

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  AAV标记的再生轴突跨越损伤区长1.2±0.3 mm

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  电镜观察到I型（兴奋性）和II型（抑制性）突触结构

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  囊泡谷氨酸转运体（vGLUT）和GABA转运体（vGAT）共定位证实功能性突触形成

3 讨论

该研究突破性地提出"机械医学"概念，首次阐明：

1. 1.

   机械强度通过Itga11⁺/Il11ra1⁺细胞亚群调控ECM拓扑结构

2. 2.

   LRP6-Wnt/β-Catenin-MMP7是机械转导的新通路

3. 3.

   MMP7抑制剂可作为潜在抗纤维化靶点

4 实验方法

关键技术包括：

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  核磁共振（¹H NMR）验证HADA合成

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  流式分选脊髓脑膜成纤维细胞（Slc47a1⁺）

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  单细胞测序（10x Genomics）解析细胞异质性

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  逆行示踪（AAV9）定量轴突再生

5 结论

该研究为脊髓损伤治疗提供了全新视角，证明通过精确调控移植材料的机械特性可重塑病理微环境，这种"以细胞调控ECM，以ECM引导再生"的双向策略具有重要转化价值。