微环境自适应支架通过雪旺细胞中铁死亡刺激因子的双重调控促进衰老期周围神经再生

《Advanced Science》：A Microenvironment-Adaptive Scaffold Rejuvenates Peripheral Nerve Regeneration During Aging Via Dual Modulation of Ferroptotic Stimuli in Schwann Cells

　　

修复周围神经损伤因其有限的再生能力且随年龄增长而加剧，仍是临床挑战。研究人员发现雪旺细胞（Schwann cells, SCs）修复程序失调是衰老依赖性神经再生受损的关键特征，由铁死亡的双重影响介导。富含铁死亡应激因子的微环境抑制再生神经中SC功能。此外，持续细胞内铁死亡应激因子积累可加剧SC中衰老相关分泌表型（senescence-associated secretory phenotype, SASP）表达，最终导致SC再分化轨迹和修复程序破坏。本研究通过熔融电写（melt electrospinning writing, MEW）技术构建集成微环境响应性Ga-PTA纳米颗粒与颌面源间充质干细胞（maxillofacial-derived mesenchymal stem cells, Mmscs）的复合神经导管。机制上，Ga-PTA纳米颗粒竞争性抑制过度铁死亡以建立促再生生态位；同时Mmscs被诱导分化为SC样细胞，绕过驻留SASP表达SC的再分化缺陷，为衰老期周围神经及其他组织损伤提供治疗策略。

研究背景：周围神经损伤（peripheral nerve injury, PNI）在老年人群中因再生能力随龄下降而疗效受限。当前临床金标准自体神经移植面临供体不足、二次手术等问题；人工神经导管多忽视衰老微环境优化。既往研究提示衰老相关再生衰退源于雪旺细胞（SCs）而非神经元本身，但驱动SC修复程序异常的机制未明。研究人员提出铁死亡（ferroptosis）作为铁依赖程序性死亡，在衰老个体PNI后因出血、缺氧及抗氧化减弱而激活，可能双重作用于SC：短暂抑制增殖迁移，慢性积累诱发SASP并阻断再分化。为此，研究人员设计微环境自适应复合导管，同期调控铁死亡与SC谱系重建。

主要关键技术方法：研究采用21月龄与8周龄Sprague-Dawley大鼠建立坐骨神经离断及慢性压迫（chronic constriction injury, CCI）模型；结合单细胞RNA测序（scRNA-seq）解析再生神经细胞异质性；通过改良St?ber法合成Ga³⁺-单宁酸（poly(tannic acid), PTA）配位Ga-PTA纳米颗粒，并利用熔融电写（MEW）制备具对齐微纤维的PCL导管，将Ga-PTA与颌面源间充质干细胞（Mmscs）载入GelMA-Matrigel水凝胶构成复合系统；体外以H₂O₂诱导RSC96与PC12衰老模型，体内行15 mm坐骨神经缺损移植评估。

研究结果：

2.1 衰老SC中铁死亡信号激活削弱老龄大鼠周围神经再生：scRNA-seq显示老龄损伤组髓鞘形成SC（mSCs）比例下降、去分化SC（dSCs）扩张；铁死亡基因Tp53上调、Gpx4与Vdac3下调，PGSK荧光示亚铁积累。证实铁死亡信号在衰老SC激活并损害再生。

2.2 铁死亡响应自崩解纳米颗粒改善衰老SC功能：Ga-PTA经Fe³⁺/H₂O₂刺激释放Ga³⁺，竞争转铁蛋白铁结合位点；体外入胞后降低ROS与亚铁，恢复MPZ表达；老龄鼠体内崩解更快，验证微环境响应性。

2.3 铁死亡慢性损伤适应不可逆阻断衰老SC亚型转换：单纯Ga-PTA虽降铁死亡但无法消减SASP（Cdkn1a、Ccl2升高），伪时间分析示dSC→mSC轨迹在C5期SASP与铁死亡共高，阻断再分化。说明体内需并行重建SC谱系。

2.4 Mmscs治疗重启老龄鼠损伤神经SC再分化程序：RNA-seq与WGCNA示Mmscs较骨髓MSC具更高SC分化潜能（MM.ivory模块含Igf1/Tf）；Ga-PTA协同诱导S100β阳性SC样分化；复合水凝胶与衰老PC12共培养下调铁死亡、上调轴突延伸通路。

2.5 载Ga-PTA与Mmscs复合神经导管构建：MEW导管内层对齐纤维（直径70 μm）引导取向，外层支撑纤维（200 μm）承力；GelMA-Matrigel载Ga-PTA于37℃ 2天降解并控释Ga³⁺；Mmscs在管内定向生长并表达S100β。

2.6 复合导管下老龄鼠神经功能恢复与再髓鞘化：15 mm缺损移植16周后，复合组热撤足潜伏期、动态踝评分（DAS）、握力、爪水肿接近假手术组；MBP与NeuN免疫荧光、HE/甲苯胺蓝示髓鞘密度、轴突排列优于空管或单Mmsc组；PGSK示铁死亡抑制。

2.7 复合导管植入后腓肠肌再神经支配：复合组神经传导速度（NCV）38.3 m/s、CMAP振幅17.25 mV接近自体移植；腓肠肌湿重比、肌纤维面积、胶原沉积、CatWalk步态SFI恢复至假手术水平；心肝脾肺肾未见远隔毒性。

讨论与结论翻译：研究人员确立老龄PNI再生受损源于铁死亡双重病理——短暂应激抑SC增殖迁移，慢性应激经SASP中断再分化。所构Ga-PTA/Mmscs复合导管中，Ga-PTA竞争抑铁死亡建促再生生态位，Mmscs旁路驻留SC缺陷重启髓鞘化。该工作揭示铁死亡通路为衰老神经再生障碍驱动因素，为老龄组织修复提供机制基础与材料策略。局限包括植入细胞靶点未完全解析、自体Mmscs保藏技术待完善、需扩展衰老模型验证普适性。

（全文发表于《Advanced Science》）