基于黑磷（BP）的生物材料用于颞下颌关节骨关节炎（TMJOA）：机制依据、治疗潜力与转化考量

《Frontiers in Cell and Developmental Biology》：Black phosphorus-based biomaterials for temporomandibular joint osteoarthritis: mechanistic rationale, therapeutic potential, and translational considerations

　　

背景：颞下颌关节骨关节炎（TMJOA）是一种退行性关节疾病，涉及滑膜、髁突纤维软骨及软骨下骨的协同病理改变。现有治疗主要缓解症状，但对进行性组织退变的修饰能力有限。黑磷（BP）兼具氧化还原活性、可生物降解性、分子负载能力及近红外（NIR）响应性，使其成为可同时调控关节微环境并支持组织修复的潜在平台。方法：研究人员整合了关于TMJOA细胞与分子病理学的现有证据，以及BP在骨关节炎、软骨修复和骨再生中的实验研究。重点关注滑膜免疫调节、氧化应激与细胞外基质稳态、纤维软骨修复、软骨下骨重塑、NIR响应性生物物理调控，以及基于BP的稳定化、局部递送、组织靶向和骨软骨重建策略。结果：TMJOA进展反映滑膜炎症、软骨细胞损伤、纤维软骨干细胞（FCSC）功能障碍、异常力转导及阶段依赖性软骨下骨重塑之间的相互作用。基于BP的系统可调节滑膜炎症、降低氧化应激与基质分解代谢，并影响骨重塑。在工程化BP基系统中，温和光热刺激已被报道可影响钙信号与线粒体功能，而材料工程可改善局部滞留、组织靶向及骨软骨修复。然而，多数证据来源于膝骨关节炎、软骨缺损或骨再生模型。TMJOA的直接证据仍然有限，尤其在纤维软骨干细胞、组织特异性矿化、成骨细胞–破骨细胞偶联及TMJ特异性热剂量方面。结论：BP提供了一个多功能材料平台，能够整合微环境调控、局部递送、NIR响应性控制及骨软骨修复。现有证据为在TMJOA中进一步研究基于BP的生物材料提供了机制依据，尽管其在TMJ中的疾病修饰效应尚未确立。未来研究应在TMJOA特异性模型中明确材料状态、局部剂量、降解行为及NIR暴露，同时确定基于BP的系统能否支持FCSC介导的软骨生成性修复并维持谱系稳定性。

1 引言

颞下颌关节骨关节炎（TMJOA）是颞下颌关节（TMJ）常见的退行性疾病，以关节疼痛、下颌运动受限及髁突进行性结构破坏为特征，其病理改变不仅累及髁突软骨，还涉及滑膜与软骨下骨。在TMJOA中，滑膜巨噬细胞与成纤维样滑膜细胞（FLSs）释放白细胞介素-1β（IL-1β）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）和白细胞介素-6（IL-6）等炎症介质，并通过细胞外囊泡（EVs）、代谢物及其他旁分泌信号调控软骨细胞功能与基质周转；反之，退变软骨释放的基质碎片和损伤相关分子可进入滑液并进一步激活滑膜细胞。随着疾病进展，持续性滑膜炎症与软骨基质丢失伴随软骨下骨重塑。TMJOA软骨退变与炎症、氧化应激及异常机械负荷密切相关：过量活性氧（ROS）激活核因子-κB（NF-κB）和丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）等炎症与分解代谢通路，促进软骨细胞凋亡和细胞外基质（ECM）降解；异常机械负荷进一步扰乱软骨细胞力转导、Ca²⁺稳态及代谢活性。与覆盖透明软骨的关节不同，下颌髁突主要为纤维软骨，其浅层含纤维软骨干细胞（FCSCs），这些驻留祖细胞具有软骨生成与成骨潜能，参与髁突软骨的维持与修复，而TMJOA会改变FCSC分化，并与软骨修复受损及软骨下骨重塑异常相关。由于FCSCs同时贡献软骨与成骨谱系，其自我更新或谱系特化的破坏可能同时影响纤维软骨修复与骨软骨界面。

当前TMJOA管理主要通过保守治疗、关节腔内干预或手术缓解疼痛、控制炎症和改善关节功能，一旦出现明显软骨破坏和软骨下骨异常，有效的疾病修饰手段仍然有限；受限的TMJ腔隙也给局部治疗带来挑战，需要兼顾充分而持续暴露并应对滑膜、软骨和软骨下骨的多重病理改变。黑磷（BP）是一种层状磷同素异形体，可剥离为少层磷烯或黑磷纳米片（BPNSs），剥离增加暴露表面积并改变氧化动力学，表面功能化或掺入复合基质进一步改变表面化学与降解行为；其褶皱二维结构提供大表面积和丰富化学可及位点，用于负载或偶联小分子药物、蛋白质、核酸等生物活性成分。BP具有厚度依赖性直接带隙和强近红外（NIR）吸收及高效光热转换，支持光热调控与刺激响应性载荷释放；在生理条件下BP逐步降解为含磷产物，赋予其可降解性。除作为载体和光热材料外，剥离BP材料在实验性OA中显示抗氧化作用：少层磷烯（FLP）可催化清除ROS、过氧化氢（H₂O₂）和一氧化氮（NO），减轻软骨细胞氧化损伤并限制糖胺聚糖和II型胶原丢失；BPNS处理可降低细胞内ROS，伴随抗氧化酶相关转录改变、软骨细胞功能恢复及炎症调控，并在体内减轻软骨退变和软骨下骨病变。然而BP在TMJOA中的直接证据仍然有限，多数肌肉骨骼研究集中于膝OA、软骨损伤或骨再生，而TMJ具有纤维软骨关节面、关节盘以及由咀嚼和咬合塑造的力学环境，这些关节特异性特征需要直接验证。本综述考察BP调控TMJOA病理微环境的机制基础，并评估其治疗潜力、生物材料策略及主要转化挑战，表1总结了实验背景、BP制剂、主要发现及现有证据与TMJOA的相关性。

2 TMJOA的病理改变与细胞机制

2.1 滑膜炎症与免疫微环境
2.1.1 滑膜炎症与软骨损伤
滑膜炎是TMJOA的突出病理特征，持续炎症信号使关节内环境向分解代谢偏移并促进ECM降解。研究报道TMJOA患者滑液中高迁移率族蛋白B1（HMGB1）、IL-1β、白细胞介素-18（IL-18）、前列腺素E2等炎症介质升高，HMGB1水平还与疼痛、下颌功能受限及影像学疾病严重程度相关。滑膜炎症通过增加基质金属蛋白酶（MMPs）和含血小板反应蛋白基序的解整合素和金属蛋白酶（ADAMTSs）表达、减少II型胶原和聚集蛋白聚糖并促进软骨细胞凋亡而破坏软骨细胞稳态；反之，受损软骨释放的基质碎片和损伤相关信号可再激活滑膜细胞，维持双向炎症环路。
2.1.2 滑膜巨噬细胞的功能改变
巨噬细胞是TMJOA滑膜免疫微环境的主要细胞成分。研究报道不同TMJOA模型中F4/80阳性滑膜巨噬细胞增多，CD86阳性和CD206阳性群体同时增加，提示不同巨噬细胞功能状态共存；非选择性清除滑膜巨噬细胞未能改善滑膜炎，反而加重软骨和软骨下骨损伤，提示巨噬细胞的功能和分泌表型而非单纯数量是其作用核心。近期研究还提示M1巨噬细胞来源的迁移体参与TMJOA的自噬相关调控。巨噬细胞炎症活性与细胞内氧化还原状态密切相关：在脂多糖（LPS）激活的巨噬细胞和完全弗氏佐剂（CFA）诱导的TMJ炎症模型中，烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）氧化酶4（NOX4）依赖性ROS产生促进MAPK和NF-κB激活及炎症介质释放，抑制NOX4可降低细胞内ROS和炎症反应，并在体内减轻滑膜炎和髁突结构损伤，从而将NOX4–ROS信号确定为TMJ中氧化应激与炎症性巨噬细胞激活之间的机制纽带。
2.1.3 FLSs与滑膜–软骨交互
FLSs是滑膜衬里的主要成分和局部炎症环境的活跃调节者。在TMJOA中，乳酸脱氢酶A（LDHA）在滑膜组织和FLSs中上调并伴糖酵解活性增强，药理学抑制LDHA可降低葡萄糖摄取和乳酸生成，同时恢复透明质酸合酶2（HAS2）表达和透明质酸合成。除FLS内在代谢改变外，滑液成分也随疾病严重程度变化，人TMJOA滑液中多种氨基酸、脂质和辅因子相关代谢物发生改变，涉及辅因子生物合成、胆碱代谢、矿物质吸收和硒化合物代谢的通路与疾病分级相关。结合FLSs糖酵解和乳酸代谢改变，这些发现将滑膜–软骨交互从经典细胞因子拓展至代谢物、EVs等局部信号。
2.2 髁突纤维软骨损伤与修复受损
2.2.1 氧化与代谢应激驱动的ECM分解代谢
髁突软骨细胞ROS蓄积损害细胞存活和ECM稳态。研究显示TMJOA相关软骨细胞模型中ROS升高伴随NF-κB和MAPK信号激活、炎症介质释放、软骨细胞凋亡和ECM降解，降低过量ROS可减轻这些细胞改变及实验性TMJOA软骨损伤；相关干预研究也表明抑制MAPK/NF-κB和AKT/mTOR信号可维持TMJOA软骨稳态。内源性抗氧化防御同样影响髁突软骨对氧化应激的应答：核因子E2相关因子2（Nrf2）核转位和血红素加氧酶-1（HO-1）表达增加可减少软骨细胞和髁突软骨中ROS蓄积、凋亡及IL-1β诱导的ECM代谢紊乱，Nrf2敲低后这些保护作用明显减弱，支持Nrf2/HO-1通路是TMJOA重要的内源性抗氧化机制。代谢重编程可进一步放大氧化应激和基质分解代谢：葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（G6PD）在髁突软骨中表达增加，而G6PD敲低可降低NADPH水平、NOX4表达和细胞内ROS，同时抑制细胞外信号调节激酶（ERK）、c-Jun氨基末端激酶（JNK）和p38 MAPK磷酸化并减少MMP3、MMP13和IL-6表达，将糖代谢改变与ROS产生和基质降解通过G6PD–NOX4–ROS–MAPK轴联系起来。丙酮酸激酶M2（PKM2）代表第二个代谢节点：泛素特异性肽酶32（USP32）在TMJOA软骨和炎症软骨细胞中上调，通过去除K48和K11连接泛素链稳定PKM2，PKM2蓄积增强糖酵解和乳酸生成，并伴线粒体膜电位丧失、三磷酸腺苷（ATP）产生减少、ROS增加、软骨细胞凋亡和ECM降解，敲低USP32或PKM2可部分恢复线粒体功能并减轻软骨损伤；相关工作还提示雷帕霉素复合物1（mTORC1）依赖性自噬与凋亡协调参与TMJOA软骨细胞。
2.2.2 异常力转导与FCSC修复失败
TMJ持续承受复杂压缩、剪切和拉伸力，错??或关节盘移位可重新分布髁突机械负荷。研究显示异常机械应力增加软骨细胞中压电型机械敏感离子通道组分1（Piezo1）的表达和活性，增强Ca²⁺内流，改变细胞骨架，并增加MMP13、含血小板反应蛋白基序的解整合素和金属蛋白酶5（ADAMTS5）及X型胶原等分解代谢和肥大标志物，抑制Piezo1可明显减轻这些反应，从而将Piezo1确定为异常负荷转化为细胞内Ca²⁺信号和分解代谢活性的一条途径。机械应力还涉及Wnt/β-catenin信号：分泌型卷曲相关蛋白表达降低和连接蛋白43增加均与TMJOA进展相关。异常负荷的后果还取决于咬合干扰类型：比较前牙早接触与单侧前牙反??模型的单细胞转录组分析显示，两模型中软骨细胞与免疫细胞通讯均增强，但主导信号模式不同，前者以TNF相关信号更突出，后者以Thbs1–Sdc4相关通讯更明显。髁突纤维软骨通过浅层FCSCs保留内在再生能力，FCSCs具有克隆形成、自我更新及向软骨和成骨谱系多向分化能力，参与髁突软骨稳态和修复；人TMJ来源FCSCs显示强软骨生成潜能，SRY盒转录因子9（SOX9）在维持软骨生成分化中起重要作用，而TMJOA髁突软骨浅层SOX9表达降低，与FCSC软骨生成能力受损一致。炎症可直接损害这种内源性修复能力：TNF-α抑制FCSC增殖、增加凋亡并干扰软骨和成骨分化，抑制TNF-α/NF-κB信号可部分恢复干细胞特性和分化能力并减轻实验性TMJOA软骨退变。FCSC命运还随TMJOA模型和疾病背景而变化：在关节盘移位模型中，Gli1⁺ FCSCs软骨生成分化受损，伴Sox9⁺谱系异常成骨分化和软骨下骨稳态丧失；而在椎间盘切除诱导的TMJOA中，Gli1⁺ FCSCs过度激活并加速向肥大软骨细胞分化，逐步耗竭干细胞池，选择性抑制Gli1⁺细胞中β-catenin可保存FCSC储备并减轻软骨退变。因此，软骨生成不足和过度向肥大进展均可能损害髁突纤维软骨的长期再生能力。
2.3 软骨下骨重塑异常
2.3.1 成骨细胞–破骨细胞失衡
软骨下骨稳态依赖骨形成与骨吸收的协调偶联。在过度机械应力下，成骨细胞和破骨细胞活性均增加，但破骨活性占优并伴结构性骨损伤；机械刺激还增强破骨细胞中ERK1/2信号，而破骨细胞来源信号促进骨髓间充质干细胞（BMSCs）成骨分化。软骨下骨异常在实验性TMJOA早期即可检出，提示重塑过程中骨吸收增强与代偿性成骨可同时发生。髁突软骨细胞可进一步促进破骨生成：在咬合支持不足时，肥大软骨细胞释放的TNF-α促进滑膜来源巨噬细胞向破骨细胞分化并增强髁突骨吸收，软骨特异性减少TNF-α可减轻这两种过程；破骨细胞来源信号还与OA疼痛和退变相关，提示破骨细胞活性对关节病理的贡献超出其对骨吸收的直接影响。
2.3.2 软骨下骨重塑与骨软骨界面改变
TMJOA软骨下骨重塑呈阶段依赖性而非单向性：早期常以破骨活性增加、骨量丢失和骨小梁结构破坏为特征，后期可表现为修复性骨形成、骨小梁增厚和软骨下骨硬化。机制研究进一步表明成骨与破骨生成并非简单序贯事件，二者可在异常力学条件下同时激活并通过细胞间信号相互影响。血管重塑伴随这些改变，转录组和内皮细胞研究在实验性TMJOA中识别出炎症–血管生成偶联信号及OX40配体（OX40L）依赖性血管生成和破骨生成。FCSC谱系失调提供了髁突软骨与软骨下骨之间的细胞桥梁：在关节盘移位诱导的TMJOA中，Gli1⁺ FCSCs软骨生成分化受损与Sox9⁺谱系异常成骨分化及软骨下骨稳态丧失同时出现，因此浅层干/祖细胞命运不仅关系软骨更新，也关系骨软骨界面的维持。单细胞转录组研究进一步支持髁突骨软骨单元内广泛的多细胞通讯：在错??诱导的TMJOA中，不同软骨细胞和免疫细胞群体细胞间信号增强，且通讯网络随力学模型而异。骨小梁结构、软骨下骨板厚度和矿化改变可改变载荷传递，进而影响上覆纤维软骨，这种跨组织反馈将滑膜炎症、纤维软骨损伤与修复受损及软骨下骨重塑联系起来，为将这些区域作为相互关联的治疗单元提供了病理基础。TMJOA可视为四种相互关联病理过程的汇聚：滑膜炎症与免疫失调、髁突纤维软骨氧化与代谢损伤、异常力转导伴FCSC介导修复受损，以及阶段依赖性软骨下骨重塑；这些过程通过NOX4–ROS–MAPK/NF-κB、Nrf2/HO-1、G6PD–NOX4–ROS–MAPK、USP32–PKM2、AKT/mTOR、Piezo1–Ca²⁺、Wnt/β-catenin、TNF-α/NF-κB和ERK1/2等反复出现的信号轴相互连接，跨越滑膜、纤维软骨和软骨下骨整合炎症、代谢、力学与再生应答。

3 BP调控关节微环境的细胞、分子与生物物理机制

BP在水性含氧环境中化学不稳定，表面氧化逐步破坏磷晶格并缩短材料存留时间，持续氧化产生含磷降解产物；降解释放的磷酸盐可参与磷酸钙矿化，可能支持软骨下骨再生，但也可能促进纤维软骨中不期望的矿物质沉积，快速降解还会缩短BP维持光热和载荷递送功能的时间窗。BP还具有强NIR吸收和高效光热转换，可实现外部控制加热和刺激响应性载荷释放，提供局部治疗的时间控制，但过度热暴露可能损伤软骨和邻近组织；其层状结构提供大表面积以负载药物、蛋白质、核酸等生物活性分子，而生理介质中的聚集和不稳定性仍是实际限制。因此BP的主要优势不在于单一生物学效应，而在于将氧化还原调控、可降解性、分子负载和NIR响应性整合于同一材料平台，为跨滑膜炎症、纤维软骨退变与修复及软骨下骨重塑的协同干预提供机制基础。

3.1 滑膜炎症与免疫调节
3.1.1 巨噬细胞功能状态的调控
研究在炎症性关节模型中使用多种含BP治疗系统考察巨噬细胞反应。一种含BPNSs的仿生纳米系统在OA滑膜中减少CD86阳性巨噬细胞、增加CD206阳性巨噬细胞，同时减轻滑膜增生和软骨退变，表明含BP仿生纳米系统可调节巨噬细胞表型并减轻实验性OA滑膜炎症。BPNS–ZnO复合微球处理可抑制NF-κB相关炎症信号和促炎介质表达，同时增加与炎症消退相关的巨噬细胞表型，体内伴随滑膜炎减轻、软骨蛋白聚糖保存更好和关节结构损伤减少；由于该系统中BPNSs与ZnO联合使用，其各自贡献无法区分，但巨噬细胞调控是整体反应的明确组成部分。BPNSs本身也可直接作用于巨噬细胞：在类风湿关节炎模型中，炎症巨噬细胞内化BPNSs后TNF-α和IL-6表达降低，修复相关标志物白细胞介素-10（IL-10）和精氨酸酶1（ARG1）表达增加，体内伴滑膜增生、局部炎症和关节结构损伤减轻。尽管BP制剂和疾病模型不同，这些研究的共同反应是促炎巨噬细胞活性降低并伴功能状态转变。生物界面可进一步修饰该反应：BPNSs上蛋白冠形成通过Ca²⁺依赖性信号改变巨噬细胞极化，该效应虽未在OA或TMJOA中检验，但提示吸附蛋白可能影响BP–免疫细胞相互作用。这些研究的一致特征是基于BP的干预改变巨噬细胞功能而非单纯减少其数量，这一区别对TMJOA具有重要意义，因为滑膜中不同功能状态巨噬细胞共存，非选择性清除可加重滑膜炎、软骨损伤和软骨下骨损伤，因此调节巨噬细胞状态可能比清除总巨噬细胞群体更与BP介导的免疫调节相关。
3.1.2 FLSs与滑膜–软骨交互
FLSs是炎症滑膜的另一主要细胞成分。研究发现BPNSs被炎症FLSs内化并改变自噬和能量代谢，BPNS处理伴AMP活化蛋白激酶/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（AMPK/mTOR）相关信号改变、异常自噬抑制以及从有氧糖酵解向氧化磷酸化转变，ATP产生增加而炎症和衰老相关分子下降；该代谢模式与TMJOA FLSs中报道的LDHA表达升高、糖酵解增强和乳酸代谢改变在机制上相关。巨噬细胞调控还可通过旁分泌信号传递至软骨和滑膜基质细胞：用不同处理巨噬细胞的条件培养基培养软骨细胞，暴露于BP基系统的巨噬细胞条件培养基增加软骨细胞II型胶原表达并降低MMP13和TNF-α；应用于FLSs时，同一条件培养基降低I型胶原、III型胶原和α-平滑肌肌动蛋白等纤维化相关标志物及迁移和侵袭活性。TMJOA滑膜–软骨交互涉及炎症介质、代谢物和EVs，现有BP研究通过显示巨噬细胞分泌活性和FLS功能改变可影响邻近软骨细胞而拓展了这一概念，因此BP介导的滑膜炎症控制可能既包括对滑膜细胞群体的直接作用，也包括通过细胞间通讯传递至软骨的继发效应。
3.2 软骨保护与修复
3.2.1 ROS清除与细胞抗氧化应答
研究通过超声辅助机械剥离从块体BP制备少层磷烯（FLP），并证明其在OA软骨细胞中高效清除ROS、H₂O₂和NO；FLP降低细胞内氧化应激并改善软骨细胞活力，体内关节腔内给予FLP可保存糖胺聚糖和II型胶原并减轻软骨基质损伤，支持FLP在OA微环境中的ROS和活性氮（RNS）清除活性。BPNSs也显示类似氧化应激降低作用：BPNS处理明显降低OA软骨细胞内ROS并维持软骨基质合成与分解代谢平衡，RNA测序进一步揭示抗氧化酶相关转录改变、软骨细胞功能恢复和炎症调控，这些转录组变化表明细胞内ROS降低伴随细胞抗氧化应答；体内BPNS处理减轻软骨退变并改善软骨下骨病变。这些抗氧化效应对TMJOA具有相关性，因为过量ROS参与软骨细胞凋亡、ECM降解、代谢失调和线粒体功能障碍；然而现有证据尚未确立FLP或BPNSs对上游代谢通路（包括G6PD–NOX4–ROS–MAPK和USP32–PKM2轴）的直接调控。
3.2.2 ECM周转与软骨细胞表型维持
软骨对BP的应答还涉及ECM周转。FLP减少OA软骨中糖胺聚糖和II型胶原丢失；BPNS处理后与软骨细胞功能和ECM稳态相关的转录程序改善，体内组织显示更好的基质保存和更少的表面损伤。BPNS–ZnO复合微球研究提供了更详细的分子证据：在炎症软骨细胞中，处理降低基质降解介质MMP13、MMP3和ADAMTS5并增加II型胶原、聚集蛋白聚糖和SOX9，关节表面润滑的关键贡献者蛋白聚糖4（PRG4）也得到恢复；体内较低MMP13和ADAMTS5及较高PRG4伴随蛋白聚糖保存改善和软骨表面完整性提高。整体反应将基质分解代谢降低与合成代谢及润滑相关软骨细胞表型的保存相结合。这些基质水平效应与TMJOA中已涉及的若干通路汇聚：G6PD/NOX4相关代谢异常增加MMP3和MMP13表达，而通过Piezo1–Ca²⁺信号的异常负荷促进MMP13和ADAMTS5；BP基治疗改善其中若干下游基质标志物，但现有证据尚未确立对上游代谢或机械敏感通路的直接调控。
3.2.3 干/祖细胞应答与软骨修复
在局灶性软骨缺损模型中，修复部分依赖具有软骨生成潜能的干/祖细胞。研究将BPNSs与II型胶原结合肽WYRGRL功能化生成软骨靶向BPNSs（BP-W），BP-W优先定位于损伤软骨、穿透软骨基质并促进BMSCs软骨生成分化，在小鼠膝软骨损伤模型中伴缺损修复和组织再生改善。对于骨软骨修复，还需在软骨和软骨下骨区域协调软骨生成与成骨应答：一种三维（3D）打印双层明胶甲基丙烯酰（GelMA）支架上层含BP和人脐带间充质干细胞来源外泌体且弹性模量较低以支持BMSC软骨生成，下层掺入β-磷酸三钙（β-TCP）以增加机械强度并促进成骨，在兔骨软骨缺损模型中改善软骨和软骨下骨修复，为骨软骨单元内软骨生成和成骨修复提供不同微环境。髁突纤维软骨含有与TMJOA特别相关的驻留干/祖细胞群体，FCSCs主要位于浅层，具有克隆形成、自我更新及软骨和成骨潜能，参与髁突软骨稳态和修复；TMJOA改变FCSC维持和谱系行为，TNF-α/NF-κB信号损害FCSC增殖和分化，SOX9表达降低与软骨生成能力减弱相关；在关节盘移位诱导的TMJOA中，Gli1⁺ FCSCs软骨生成分化受损与Sox9⁺谱系异常成骨分化及软骨下骨稳态丧失同时出现；在椎间盘切除诱导的TMJOA中，Gli1⁺ FCSCs过度激活促进肥大分化并逐步耗竭干细胞群体，而抑制β-catenin有助于保存FCSC功能并减轻软骨退变。目前涉及干/祖细胞的BP基软骨修复研究主要集中于BMSCs，对TMJ FCSCs的作用尚未直接证明，这尤为重要，因为FCSC命运同时影响纤维软骨修复和骨软骨稳态；未来研究应确定BP基系统能否在TMJOA炎症和异常力学条件下维持FCSC自我更新和软骨生成能力而不加速肥大或成骨分化，相关终点包括克隆形成、SOX9表达和软骨生成分化、肥大分化及成骨谱系定向。
3.3 软骨下骨重塑的调控
3.3.1 成骨分化与矿化
BP在关节内的活性还延伸至软骨下区域。在OA模型中，BPNSs减轻软骨退变同时促进成骨，微计算机断层扫描（micro-CT）和组织学还显示软骨下骨病变改善，这些关节水平发现与BP基骨再生系统中报道的更广泛成骨潜能一致。细胞成骨研究使用了多种BP制剂：超薄BP层，以及将BP掺入胶原或水凝胶基构建体的制剂，均可增加前成骨细胞或间充质干细胞的碱性磷酸酶（ALP）活性、矿物质沉积和成骨标志物表达；在外胚间充质干细胞中，BP纳米颗粒还通过上调转谷氨酰胺酶2（TG2）促进成骨分化。尽管这些研究使用不同BP制剂和细胞系统，但一致支持向成骨表型进展。这些成骨效应的后果在FCSCs和成骨祖细胞之间可能不同：FCSCs参与纤维软骨稳态并保留软骨和成骨潜能，而在TMJOA中FCSC谱系内的异常成骨分化与髁突骨软骨稳态破坏相关，因此BP基材料应在FCSCs和软骨下骨祖细胞中分别评估，因为增强成骨可能支持骨修复但在纤维软骨干细胞区室中可能不利。BP降解提供了矿化形成的第二条途径：生理条件下BP逐步氧化并产生含磷产物，无机磷酸盐可与Ca²⁺一起参与磷酸钙沉积；将BP量子点掺入仿生基质囊泡的研究显示BP来源磷酸盐促进矿物质沉积、细胞矿化和新骨形成，其他水凝胶研究提示BP相关成骨可随持续磷酸盐可用性、颗粒大小和基质配方而变化。因此BP的磷组成和可降解性除影响成骨分化外还贡献于矿化。成骨还可与免疫和血管调控偶联：BP增加巨噬细胞中白细胞介素-33（IL-33）表达，BP处理巨噬细胞与BMSCs共培养增加Runt相关转录因子2（RUNX2）、骨形态发生蛋白2（BMP2）、I型胶原（COL1）和骨钙素（OCN）表达及ALP活性和矿化，Il-33缺失减弱这些反应并减少体内骨修复；在非关节骨再生模型中，含BP的脱氧核糖核酸（DNA）水凝胶、3D打印支架和含去铁胺水凝胶也实现成骨与血管或骨免疫支持的偶联。这些骨再生效应在TMJOA中需要不同解读，因为软骨下骨处于异常周转而非单纯愈合反应状态：机械过载可在疾病早期增加破骨活性而代偿性骨形成同时发生，后期可出现骨小梁增厚和软骨下骨硬化，因此对BP、BPNSs和含BP复合材料的成骨与矿化应答应与骨吸收和骨微结构改变一起评估。
3.3.2 破骨细胞调控与成骨–破骨平衡
氧化BP还可直接作用于破骨细胞。氧化黑磷纳米片（oBPNSs）可抑制核因子-κB配体受体激活因子（RANKL）诱导的破骨分化，减少多核破骨细胞形成、肌动蛋白环形成和骨吸收活性而无明显细胞毒性，并抑制p38 MAPK和NF-κB信号及减少活化T细胞核因子1（NFATc1）这一破骨生成关键调控因子。TMJOA提供了该抗吸收效应可能相关的病理背景：异常机械负荷增加髁突软骨下骨破骨细胞形成和骨吸收，活化破骨细胞又可通过细胞间信号影响BMSC成骨分化；在咬合支持不足时，肥大软骨细胞释放的TNF-α促进滑膜来源巨噬细胞向破骨细胞分化并加重髁突骨吸收，因此破骨细胞将力学改变和软骨异常与软骨下骨重塑联系起来。成骨研究使用超薄BP层、BP纳米颗粒、BPNSs和含BP复合材料，而直接抗吸收研究使用oBPNSs；氧化改变BP表面并伴随磷酸盐释放，因此oBPNSs获得的抗吸收发现不应直接外推至未氧化BP制剂。TMJOA软骨下骨可在同一疾病进程中表现吸收增加、代偿性骨形成及后期硬化，目前尚无研究在TMJOA模型中同时评估BP对骨形成和骨吸收的影响，BP能否使下颌髁突骨周转和成骨–破骨偶联正常化仍未解决。
3.4 NIR响应性生物物理调控
3.4.1 NIR触发的材料响应
NIR吸收是BP的核心物理化学特征。功能化BP纳米材料保留强NIR吸收并高效将光转化为热，但光热输出随材料浓度、表面结构和入射能量而变化；在仿生BP系统中，细胞膜包覆未明显降低光热性能，且在反复照射–冷却循环中维持稳定加热。NIR照射还改变BP基材料行为：NIR暴露加速BP向PO₄^3-转化，并通过PO₄^3-与Ca²⁺反应促进矿物质沉积，矿化位置和程度随照射部位和时长变化；在含BPNSs和SrCl₂的聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）微球中，局部光热加热破坏聚合物壳并触发Sr²⁺释放。因此NIR照射除产热外还可调控降解、离子释放和矿化。
3.4.2 温和光热对细胞应答的调控
在非消融温度下，工程化BP基系统产生的光热加热可作为生物物理信号而非细胞毒性损伤。工程化BP基光热系统的温和加热降低巨噬细胞中瞬时受体电位香草酸亚型4（TRPV4）活性，伴Ca²⁺内流减少和线粒体Ca²⁺超载减轻，线粒体膜电位、基础呼吸、ATP产生和最大呼吸能力改善。TRPV4依赖性Ca²⁺信号改变伴巨噬细胞功能转变：该系统的光热处理降低CD86和诱导型一氧化氮合酶（iNOS），增加甘露糖受体C型1（MRC1）和ARG1，信号转导和转录激活因子6（STAT6）核转位及早期生长应答因子2（EGR2）活性也增加；这些巨噬细胞的条件培养基促进软骨细胞ECM合成并降低FLSs纤维化相关基质表达，将巨噬细胞应答与对邻近关节细胞的下游效应联系起来。巨噬细胞膜包覆BPNS系统显示类似模式：NIR处理进一步降低CD86和iNOS而增加CD206和ARG1，处理巨噬细胞条件培养基增加软骨细胞蛋白聚糖和II型胶原、降低MMP13和ADAMTS5并抑制FLSs纤维化和迁移表型。细胞对BP介导温和加热的应答具有背景依赖性：周期性NIR刺激BPs@PLGA诱导热休克蛋白（HSPs）并增强体内成骨分化和骨形成；在滑膜巨噬细胞中光热调控与离子流和线粒体代谢相关，而在成骨细胞中热休克应答贡献于骨形成。
3.4.3 热剂量与组织反应
BP介导光热治疗的生物学应答取决于传递的热剂量，其反映波长、功率密度、暴露时间、材料浓度及靶组织达到的温度。目前多数BP研究使用808 nm NIR激光，但不同材料系统的能量输入和温度分布各异。有研究使用100 μg/mL BP基材料和808 nm、1.25 W/cm²照射维持约42 °C进行机制实验；另一仿生BPNS系统以808 nm、0.75 W/cm²照射180 s使温度升高约6 °C，体内治疗采用三次180 s照射、间隔30 s并每周重复一次；一种BP基光热水凝胶在808 nm、1 W/cm²照射5 min后达到42 °C ± 1 °C稳定温度。这些研究表明相同波长在不同BP制剂中并不产生等效热暴露，光热转换效率、BP浓度、复合结构和组织覆盖均影响温度–时间曲线，因此功率密度和暴露时长应与实测组织温度一起解读。温和BP介导光热研究常用约40 °C–42 °C，但该范围主要来自体外和非TMJ动物实验，应视为实验参考而非既定TMJ治疗窗；关于髁突软骨、滑膜、关节盘及邻近组织反复加热的数据仍然有限，TMJ特异性热剂量–反应窗需要直接测量关节温度、暴露时长和局部组织反应。
4 基于BP的治疗策略及其对TMJOA的适用性
4.1 BP的稳定化与功能化
4.1.1 氧化与降解的调控
环境稳定性是BP基局部治疗的核心设计约束。表面磷原子孤对电子使BP在氧、水和光存在下易氧化，伴表面化学和晶体结构渐进改变，可降低光热性能、载荷负载和功能寿命，降解动力学还取决于纳米片厚度、横向尺寸和表面状态；较薄BP纳米片氧化更快，横向尺寸和光照进一步影响降解。通过尺寸和厚度控制、表面钝化、聚合物涂层或载体内包封限制氧和水接触可延长生理条件下的功能稳定性；配位基表面保护和小分子钝化提供了在不消除层状结构前提下稳定BP的其他途径。对TMJOA而言，目标不是最大存留时间而是受控的功能稳定性：局部递送BP系统应在治疗期间保持足够结构完整性和光响应性，但在预期功能完成后仍可降解，这种平衡在受限TMJ腔隙中尤为重要。BP降解释放的磷酸盐可贡献于磷酸钙沉积和骨矿化，但TMJOA软骨下骨经历阶段依赖性重塑，早期骨丢失和吸收之后出现代偿形成及后期硬化，因此磷酸盐释放应结合局部重塑状态解读，而不能假定其均有益；反之，过快降解可能缩短NIR刺激或载荷释放的有效窗口。因此功能寿命、氧化和磷酸盐释放动力学及其与给药和照射方案的关系比单纯材料稳定性更具信息价值。
4.1.2 表面修饰与仿生功能化
表面修饰可改善BP分散性、减缓氧化并提供药物、生物分子或靶向配体偶联的反应位点。氨基末端聚乙二醇（PEG）可明显减少BPNSs在磷酸盐缓冲液和细胞培养基中的聚集，1周后仍保持良好分散；聚多巴胺（PDA）涂层同样改善环境稳定性和光热性能，同时提供儿茶酚和氨基用于进一步功能化；更广泛地，共价和非共价表面化学可调节BP聚集、降解和生物界面相互作用，肽钝化和共价烷氧基修饰提供改善稳定性和溶解度的其他手段；含BP水凝胶也表明复合基质内的稳定化可与成骨功能偶联，但骨缺损模型证据不能确立关节特异性性能。仿生涂层和无机组分可进一步定制BP与关节组织的相互作用：用M2巨噬细胞膜包覆含BPNSs光热系统，构建体保留NIR响应同时在OA中调节滑膜巨噬细胞和炎症；将BPNSs与ZnO结合于可注射多糖微球，将氧化还原调控与对巨噬细胞和软骨细胞的作用偶联。对TMJOA而言，功能化应遵循预期组织靶点：巨噬细胞导向界面最与滑膜炎相关，而软骨导向系统需要充分的基质结合和穿透。这一区别很重要，因为BP还可促进成骨和矿化，而TMJOA中FCSCs可能发生异常肥大或成骨分化，因此以软骨为目标的BP制剂除常规修复终点外还应评估肥大和异位矿化。
4.2 局部递送与组织靶向策略
4.2.1 水凝胶基局部滞留与递送
关节腔内注射将治疗材料直接置于病变关节，但局部给药本身并不能保证持续暴露，游离药物和纳米材料可经滑液交换清除或被滑膜细胞摄取而缩短有效驻留时间；对BP而言，快速清除可限制氧化还原活性、载荷递送和NIR响应功能，掺入水凝胶或微球可减少纳米片扩散并提供更受控的滞留和释放。OA研究为该策略提供概念验证：将BPNS–ZnO纳米复合物掺入可注射多糖微球，关节腔内递送后滑膜炎症和软骨损伤减轻；将血小板衍生生长因子-BB（PDGF-BB）负载于BPNSs并包封于壳聚糖微球，该系统释放PDGF-BB超过5个月，NIR照射进一步调节释放曲线，单次关节腔内剂量在小鼠OA模型中产生持久效应，支持含BP载体作为延长局部暴露并保留刺激响应性释放的手段。TMJOA研究也支持可注射局部基质的使用，尽管多数尚未含BP：罗非鱼I型明胶/透明质酸（HA）水凝胶在大鼠中减轻炎症、改善基质代谢并促进髁突软骨修复；其他TMJOA系统包括PEG基NELL-1水凝胶和ROS响应性水凝胶同样改善局部软骨修复和炎症结局，而更广泛OA工作强调病理响应性水凝胶设计。这些研究支持载体概念，但未界定载BP水凝胶在TMJ中的行为，因此游离BP与BP水凝胶包封的直接比较应包括关节腔内驻留、载荷释放动力学、NIR诱导温度分布、治疗时长及咀嚼负荷下材料完整性。
4.2.2 软骨与滑膜靶向递送
关节滞留和软骨穿透是不同的递送问题。关节软骨无血管且含致密ECM，限制纳米颗粒向深部扩散，而关节腔内颗粒还可被滑膜细胞和巨噬细胞隔离，因此延长关节驻留并不保证有效软骨递送；靶向配体或亲和性表面可增加与选定基质成分或细胞群体的相互作用并改善组织特异性暴露，软骨靶向水凝胶微球进一步表明选择性定位可增强损伤软骨的局部润滑和保护。软骨靶向BP已在膝损伤模型中得到直接证明：将BPNSs与II型胶原结合肽WYRGRL功能化生成BP-W，与未修饰BPNSs相比，BP-W对损伤软骨定位更强、组织穿透更深、BMSC软骨生成增强并改善缺损修复，其靶向依赖与II型胶原α1链结合。该策略在TMJOA中是否同样有效尚未解决，因为髁突纤维软骨在基质组织和细胞组成上不同于膝透明软骨，且ECM降解随疾病进展，BP-W跨髁突软骨各层的结合、穿透深度和滞留尚未界定。TMJOA研究已表明滑膜和软骨可分别靶向：叶酸修饰纳米颗粒向炎症相关巨噬细胞递送microRNA-330–3p（miR-330–3p），WYRGRL修饰纳米颗粒向软骨递送 kartogenin（KGN），联合治疗减轻大鼠滑膜炎症和髁突软骨退变。类似双靶向策略尚未用BP检验，其价值应通过比较靶向与非靶向BP在滑膜和软骨蓄积、巨噬细胞摄取、软骨穿透、有效剂量、治疗反应及局部安全性方面进行评估。
4.3 分层骨软骨修复与界面设计
4.3.1 分层结构与组织特异性材料设计
TMJ髁突组织为分层骨软骨单元，浅层纤维软骨过渡至深部软骨和软骨下骨，这些区域在ECM组成、细胞表型和力学功能上不同，因此恢复区域化组织是髁突修复的重要组成部分。采用具有分离表面润湿性的双层支架在不同区域促进纤维软骨样和透明软骨样表型，在山羊髁突缺损中产生分层修复；将HA/I型胶原水凝胶与双相磷酸钙结合支持兔软骨和软骨下骨修复；使用超润湿GelMA-MSC微球的TMJ互补工作进一步支持局部基质特性对髁突软骨再生的影响。更近期工作再现了髁突内更精细的分区：三层支架中取向纳米纤维支持纤维软骨样浅层，微米级纤维促进深部软骨形成，富羟基磷灰石层支持软骨下骨，三个区域在体内再生出不同组织表型，表明表面结构、矿物质含量和力学性能的空间控制可引导区域特异性骨软骨修复。BP已被掺入分层骨软骨构建体：双层3D打印GelMA支架中相对柔软的含BP/外泌体软骨层支持BMSC软骨生成，而软骨下层的β-TCP增加刚度并促进成骨，该构建体改善兔软骨和软骨下骨修复；BP水凝胶与脱矿骨基质、基因沉默组分或矿化壳聚糖结合也在骨缺损环境中增强成骨修复。这些研究支持BP在区域差异材料相中的应用，但TMJ特异性骨软骨构建体仍需直接评估。
4.3.2 梯度界面与力学匹配
髁突骨软骨单元在力学上呈梯度变化而非由软骨–骨突变边界分隔。研究识别出羟基磷灰石向软骨下骨进行性增加和致密化，伴界面力学逐渐变化；另研究同样报道软骨剪切性能存在明显深度依赖性差异。结合浅层纤维区的独特力学作用，这些发现支持在TMJ修复构建体中保留从纤维软骨到骨的连续过渡。从材料角度看，该过渡可通过聚合物组成、矿物质含量、孔结构和模量的梯度变化近似实现，这与BP基构建体直接相关，因为BPNS含量本身可改变水凝胶力学，因此BP浓度应与周围基质一起调节而非仅视为生物活性添加剂；力学评价可聚焦压缩和剪切行为、层间结合及循环载荷下稳定性，并与软骨和骨再生终点并列。
4.4 基于BP的治疗策略对TMJOA的适用性
关节疾病中多数BP研究来自膝OA、软骨损伤或骨软骨修复，TMJOA直接证据仍然稀少。尽管膝OA与TMJOA共享滑膜炎症、软骨退变和软骨下重塑，但二者在软骨表型、力学环境、损伤模式和病理性钙化方面不同，因此膝模型提供重要实验基础，但材料参数和治疗效应不能未经直接验证转移至TMJ。软骨靶点本身也不同：膝主要由透明软骨覆盖，而下颌髁突含具有明显浅层和深层的纤维–透明结构，浅层FCSCs参与组织维持和修复。WYRGRL功能化BPNSs通过结合II型胶原改善损伤膝软骨的定位和穿透，但II型胶原在髁突软骨中更集中于深部，同一靶向策略能否到达相关TMJ区域尚不清楚；同样，含BP系统的软骨生成效应主要在BMSCs中研究，其对FCSC自我更新和谱系稳定性的影响尚未解决，因此需要在原代FCSCs或谱系示踪FCSC模型中直接检验以确定含BP系统能否在炎症和力学异常条件下保存自我更新和软骨生成能力，相关终点应包括FCSC池维持、克隆形成、软骨生成分化、肥大转变和成骨谱系偏倚。关节力学构成第二约束：TMJ兼具旋转和平移并持续受咬合和神经肌肉负荷塑造，拉伸负荷也比膝更突出；深度依赖性力学异质性和浅层纤维区的承载与润滑作用可能影响局部递送材料在咀嚼中的行为，因此可注射载体的滞留和释放应在TMJ相关条件下测量；对NIR响应性BP系统，来自其他组织或膝OA模型的照射设置可指导初始实验，但热剂量最终应由局部TMJ温度和组织反应确定。矿化也需要组织特异性解读：BP降解释放磷酸盐可促进骨矿化，然而病理性钙化是TMJOA公认特征且在分布和形态上不同于膝OA；在TMJ模型中，异常机械负荷诱导早期矿物质沉积，改变组织非特异性碱性磷酸酶（TNAP）、外核苷酸焦磷酸酶/磷酸二酯酶1（NPP1）和基质Gla蛋白（MGP）等外泌体相关矿化调控因子，并可通过减少磷摄入减轻。因此BP来源磷酸盐可能支持软骨下骨修复，但在髁突纤维软骨中构成不同风险，软骨矿化和软骨下骨重塑应分别评估并与基质完整性、肥大改变和骨微结构一起解读。模型背景同样重要：多数BP基骨软骨材料在局灶缺损模型中测试，主要衡量确定性结构损伤后的组织再生；TMJOA模型则保留持续疾病驱动因素如炎症、关节盘病理和力学负荷改变，现有模型包括关节腔内注射、手术干预和异常负荷产生不同病理模式和时间进程，而关节盘移位、穿孔和椎间盘切除在严重程度和进展上不同，因此模型应与BP系统的预期机制匹配：滑膜免疫调节需要有意义地评估滑膜炎，骨软骨重塑需要同时保存软骨和软骨下骨病理，NIR响应系统应在同一疾病模型中比较单独BP与BP加照射。当前OA和骨软骨修复研究为BP介导的软骨保护、局部递送和组织再生提供强实验基础，这些效应能否转化至TMJOA将取决于TMJ的纤维软骨结构、力学环境和矿化模式，在再现TMJ特异性病理的疾病模型中进行直接验证仍然必要。
5 讨论
TMJOA进展反映滑膜、髁突纤维软骨和软骨下骨的协同病理改变。在这一相互关联的组织环境中，BP因其生物学效应和材料特性作用于多个疾病进展相关过程而受到关注：在OA和组织再生模型中，BP基系统调节炎症性巨噬细胞和FLS活性、减轻氧化损伤和基质分解代谢并影响骨形成、吸收和矿化，材料工程还可通过改善稳定性、关节腔内滞留、组织靶向和NIR响应性控制进一步增强这些效应，生物学活性与材料可调性的结合对一种炎症、软骨和骨异常密切相关的疾病尤其相关。然而该概念的证据主要来自膝OA、软骨缺损和骨再生模型：在OA模型中，FLP和BPNSs被报道可减轻氧化损伤并保存软骨或软骨下骨，而WYRGRL功能化BPNSs和含BP双层构建体已用于软骨靶向和骨软骨修复。TMJ在纤维软骨组成、FCSC生物学、骨软骨结构、咀嚼相关负荷和矿化模式上不同于膝，这些差异可能影响配体可及性、材料滞留、热暴露及磷酸盐释放的生物学后果，因此现有文献支持TMJOA特异性研究，但尚未确立BP在TMJ中的疾病修饰效应。在未解决问题中，FCSC生物学与软骨修复特别相关：含BP系统的软骨生成应答主要在BMSCs中研究，而TMJOA改变FCSC维持和谱系行为，BP能否保存FCSC池或改变这些病理性谱系偏移仍未知。软骨下骨构成第二个问题，因为重塑呈阶段依赖性，吸收、代偿性形成和硬化贯穿疾病进程；成骨研究使用BP、BPNSs或含BP复合材料，而直接抗吸收活性已用oBPNSs证明，磷酸盐释放则在单独的降解和生物矿化模型中考察，髁突软骨病理性矿化还必须与软骨下骨修复性矿化相区分。NIR响应性增加了另一TMJ特异性问题：异常负荷激活Piezo1–Ca²⁺信号，而工程化BP基系统传递的温和光热刺激被报道可调节TRPV4相关Ca²⁺信号，这些机械和热敏感通路是否相互作用及其如何影响疗效和安全性仍未解决。一个重要转化问题是BP基系统能否在不破坏FCSC命运的情况下支持组织修复：在病变髁突纤维软骨中，有利应答应包括保存FCSC池和恢复软骨生成性修复，同时限制肥大或异位成骨分化，这些干细胞结局应与滑膜炎症、机械负荷和软骨下骨重塑一起评估，这些均影响TMJOA进展中的FCSC行为。未来对BP的评估应超越孤立抗氧化或再生终点，确定其多重作用能否在保留滑膜炎症、纤维软骨退变和软骨下骨重塑的TMJOA模型中得到协调；材料状态、局部剂量、降解特征和NIR暴露需与组织特异性应答及临床相关关节水平结局（包括疼痛相关行为和下颌功能）一起评估，未来研究应确立这些关系以确定BP的机制多样性能否转化为TMJ中一致的治疗效应，并界定安全有效局部治疗所需条件。