《Neurochemical Research》：Investigating the Cellular Activity and Differential Gene Expression of Human Astrocytes in Interaction with Protein Composite Nanofibers
编辑推荐：
胶原蛋白是主要的细胞外基质成分，大豆蛋白已被报道可影响细胞和免疫相关过程。结合胶原蛋白和大豆分离蛋白（SPI）的纳米纤维支架可为调节神经系统中细胞-材料相互作用提供平台。在本研究中，研究人员制备了由胶原蛋白（CO）、SPI和聚己内酯（PCL）组成的电纺纳米纤维
胶原蛋白是主要的细胞外基质成分，大豆蛋白已被报道可影响细胞和免疫相关过程。结合胶原蛋白和大豆分离蛋白（SPI）的纳米纤维支架可为调节神经系统中细胞-材料相互作用提供平台。在本研究中，研究人员制备了由胶原蛋白（CO）、SPI和聚己内酯（PCL）组成的电纺纳米纤维，并研究了人星形胶质细胞对这些支架的体外细胞和转录反应。通过扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外（FTIR）光谱和接触角分析对纳米纤维进行了表征。人胎儿星形胶质细胞在所有纳米纤维支架上均表现出高活力。流式细胞术分析表明，将SPI掺入CO/PCL纳米纤维中不会改变细胞周期分布。取向纳米纤维为星形胶质细胞迁移提供了定向引导。RNA测序分析显示，与CO/PCL纤维相比，在CO/SPI/PCL纤维上的细胞中，下调基因富集于“神经退行性疾病”和“抗原加工呈递”通路。这些通路中的下调基因包括IL1B、IL6、HLA-B、HLA-DMB、HLA-DPA1和HLA-DRA。“黏着斑”通路在上调基因中富集，包括COL4A1、COL4A2、FN1、LAMB1、LAMB2、AKT2、RAC1、RAC2、ROCK2和PIP5K1A。这些结果表明，将SPI掺入胶原基纳米纤维可调节星形胶质细胞迁移以及与黏着斑和免疫相关通路相关的基因表达谱，为在神经组织工程应用中进一步研究含SPI的生物材料提供了基础。
**论文解读：蛋白质复合纳米纤维调控人星形胶质细胞活性与差异基因表达的研究**
**研究背景与意义**
神经组织工程中，纳米纤维支架因其结构与天然细胞外基质（extracellular matrix, ECM）相似而被广泛研究。胶原蛋白（collagen, CO）是ECM的主要成分，而大豆分离蛋白（soy protein isolate, SPI）因其生物相容性及对细胞和免疫过程的潜在调控作用而受到关注。将SPI与胶原蛋白结合的纳米纤维支架可能为调节神经系统中细胞-材料相互作用提供平台。然而，关于SPI基纳米纤维与人星形胶质细胞（astrocytes），特别是胎儿星形胶质细胞相互作用的细胞行为及转录组变化的研究尚不充分。星形胶质细胞在维持神经组织稳态、响应损伤信号及参与胶质瘢痕形成中起核心作用，胎儿星形胶质细胞具有不同于成体细胞的特性，如更有利的细胞环境，因此是研究细胞-生物材料相互作用的合适模型。本研究旨在制备含SPI、胶原蛋白和聚己内酯（polycaprolactone, PCL）的电纺纳米纤维，系统评估其对胎儿星形胶质细胞活力、增殖、迁移及基因表达的影响，为含SPI生物材料在神经组织工程中的应用奠定基础。该论文发表于《Neurochemical Research》。
**主要技术方法**
研究人员采用电纺技术制备了四种纳米纤维：PCL、SPI/PCL、CO/PCL和CO/SPI/PCL。通过扫描电子显微镜（SEM）表征纤维形貌与直径，傅里叶变换红外（FTIR）光谱分析成分，接触角测量评估亲水性。人胎儿星形胶质细胞（购自ScienCell Research Laboratories）体外培养于纳米纤维上，使用LIVE/DEAD
?试剂盒检测活力，流式细胞术分析细胞周期，免疫荧光标记胶质纤维酸性蛋白（GFAP）和S100B蛋白，时间延迟成像追踪细胞迁移，并利用Illumina NovaSeq 6000测序平台进行RNA测序（RNA-seq）分析差异表达基因（DEGs），通过KEGG通路富集分析生物学功能。
**研究结果**
**1. 电纺纳米纤维的表征**
SEM显示四种随机取向纳米纤维的平均直径在500–750 nm之间。接触角测量表明，PCL纤维接触角（132°±5.2°）显著高于CO/PCL（78.7°±16.2°）、SPI/PCL（48.0°±8.3°）和CO/SPI/PCL（29.9°±3.2°），说明胶原蛋白和SPI的掺入显著降低了接触角，提高了亲水性。FTIR光谱确认了PCL、胶原蛋白和SPI的特征峰。
**2. 胎儿星形胶质细胞活力和增殖**
LIVE/DEAD
?染色显示，细胞在所有类型纳米纤维上均表现出高活力（>90%）。流式细胞术分析表明，CO/PCL和CO/SPI/PCL纤维上细胞在G1、S和G2/M期的分布无显著差异，说明SPI掺入不影响细胞周期。
**3. S100B和GFAP的免疫细胞化学分析**
免疫荧光双标染色显示，CO/SPI/PCL纤维上星形胶质细胞的标准化S100B荧光强度显著高于其他纤维组，而GFAP强度无显著差异。SPI/PCL纤维上S100B/GFAP比值显著高于所有其他组，提示SPI可能影响星形胶质细胞表型成熟。
**4. 胎儿星形胶质细胞迁移分析**
时间延迟成像显示，细胞在随机和取向纤维上均能迁移。取向纤维引导细胞沿纤维方向排列和迁移。CO/SPI/PCL随机纤维上的细胞迁移速度（0.53±0.06 μm/min）显著高于CO/PCL（0.37±0.11 μm/min）和PCL（0.36±0.15 μm/min）。随机CO/SPI/PCL纤维上的迁移速度显著高于取向纤维，表明取向引导而非加速迁移。
**5. 差异基因表达分析**
RNA-seq鉴定出652个上调基因和835个下调基因（FDR<0.05）。主成分分析（PCA）显示CO/PCL和CO/SPI/PCL样本明显分离。KEGG富集分析表明，下调基因富集于“神经退行性疾病-多疾病”（包括帕金森病、阿尔茨海默病等）和“抗原加工呈递”通路，其中关键下调基因包括IL1B、IL6、HLA-B、HLA-DMB、HLA-DPA1和HLA-DRA。上调基因富集于“黏着斑”（focal adhesion）通路，包括COL4A1、COL4A2、FN1、LAMB1、LAMB2、AKT2、RAC1、RAC2、ROCK2和PIP5K1A等ECM蛋白和信号分子。
**讨论与结论**
讨论部分指出，SPI掺入胶原基纳米纤维后，细胞迁移速度增加与黏着斑通路基因上调一致，这些基因编码ECM蛋白（如IV型胶原、纤连蛋白、层粘连蛋白）和调控细胞骨架的分子（如RAC、ROCK2、AKT2），可能促进细胞粘附和运动。同时，神经退行性疾病和抗原加工呈递通路的下调，尤其是IL1B、IL6和MHCII类分子（HLA）的降低，提示SPI可能具有抗炎和免疫调节潜力，减少神经炎症和CD4
+T细胞活化。研究结论：将SPI掺入胶原基纳米纤维可调节星形胶质细胞迁移以及与黏着斑和免疫相关通路相关的基因表达谱，为在神经组织工程应用中进一步研究含SPI的生物材料提供了基础。
