《International Journal of Molecular Sciences》：Immunoregenerative Microenvironment Modulation in Tendon–Ligament Regeneration: Evolution of Chitosan-Based Composite Biomaterials
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肌腱和韧带损伤的治疗仍具挑战性，因为愈合可能导致纤维化、不完全的肌腱-骨整合、受损的生物力学特性以及再损伤。本综述对用于肌腱-韧带再生的壳聚糖基复合生物材料的临床前证据进行了批判性综合，重点关注其从结构支架向多功能免疫再生平台的演进。研究人员评估了涉及免疫调节
肌腱和韧带损伤的治疗仍具挑战性，因为愈合可能导致纤维化、不完全的肌腱-骨整合、受损的生物力学特性以及再损伤。本综述对用于肌腱-韧带再生的壳聚糖基复合生物材料的临床前证据进行了批判性综合，重点关注其从结构支架向多功能免疫再生平台的演进。研究人员评估了涉及免疫调节、炎症信号传导、血管生成、祖细胞活性、细胞外基质重塑、纤维软骨形成、止点再生、肌腱-骨愈合以及生物力学恢复的证据，同时区分了直接的壳聚糖相关证据与源自更广泛生物材料系统的背景证据。基于壳聚糖的平台可能通过结构引导、生物粘附、生物活性成分的局部递送以及配方依赖的免疫调节活性支持多个再生领域。然而，壳聚糖理化性质、复合配方、实验模型和结果测量指标的异质性限制了直接比较，并阻碍将多组分效应明确归因于壳聚糖本身。研究人员提出了免疫再生级联理论和免疫再生肌腱-韧带单元作为补充性的、假设生成的框架，用于组织再生过程中的时空和功能相互作用。这些框架并非经过验证的因果或预测模型。未来的研究应优先考虑标准化的生物材料表征、纵向分子-组织学-生物力学评估、新兴的多组学方法、临床相关的大型动物验证以及机制指导的生物材料设计，以确定免疫调节效应是否能转化为持久的、可重复的结构性和功能性肌腱-韧带再生，并带来长期的临床有意义的功能恢复。
1. 引言
1.1. 肌腱-韧带再生的临床挑战
肌腱和韧带损伤是导致疼痛、功能障碍、关节不稳、体能下降和长期残疾的主要原因。常见的受累结构包括肩袖、跟腱、前交叉韧带和后交叉韧带，在这些部位即使采用先进的重建、固定和康复技术，不完全愈合仍可能导致再损伤、持续不稳、肌腱-骨整合受损和退行性关节改变。肌腱和韧带组织的再生能力有限，与其相对较低的细胞密度和血管分布、缓慢的代谢周转以及高度有序的细胞外基质架构有关。损伤后，愈合常导致伴有胶原排列紊乱的纤维化组织、不完全的纤维软骨形成、受损的界面重建以及机械性能低于天然组织。重要的是，再生失败不能仅由结构破坏或机械重建不足来解释，而是涉及免疫细胞、基质细胞、血管网络、细胞因子、生长因子、细胞外基质成分和生物力学信号之间的动态相互作用。
1.2. 免疫微环境作为治疗靶点
免疫微环境在肌腱-韧带愈合中发挥主要的调节作用，因为炎症反应影响早期组织清创、细胞募集、血管适应、细胞外基质重塑和随后的组织成熟。急性炎症对于清除碎片和启动修复是必要的，而延长或失调的炎症活动可能导致细胞因子失衡、基质降解、纤维化、氧化应激和不完全的组织再生。巨噬细胞尤其重要，其表型可塑性使其参与炎症消退、血管生成、祖细胞募集、细胞外基质重塑和界面成熟。因此，成功的愈合并不依赖于完全抑制炎症，而是依赖于协调地向促消退的再生微环境进展。这种转变与细胞因子网络、细胞内信号传导、氧化应激反应、血管生成介质、力传导和细胞外基质衍生信号的改变有关，这些信号共同塑造了下游的再生事件。
1.3. 壳聚糖基生物材料的演进
再生生物材料的设计已从主要作为结构支架逐渐演变为生物活性和生物响应性平台。早期的生物材料主要旨在恢复机械连续性、提供临时结构支撑并促进细胞附着和组织形成，但对决定基质重塑、血管适应、细胞募集和组织整合的生物过程的控制有限。这一局限性推动了包含细胞外基质成分、血小板浓缩物、生长因子、水凝胶、生物活性涂层、纳米颗粒和控释系统的生物活性生物材料的发展。在此转变中，壳聚糖因其生物相容性、生物降解性、生物粘附性、化学多功能性、可调的理化性质以及与多种支架和递送配置的兼容性而成为一种适应性强的生物材料。随后，免疫再生生物材料的发展反映了人们日益认识到生物材料-宿主相互作用和免疫微环境影响组织再生的多个阶段。壳聚糖也被研究其影响巨噬细胞向促消退表型行为的能力，这为其纳入免疫再生生物材料策略提供了生物学基础。
1.4. 本综述的目的与范围
本综述旨在批判性地综合关于壳聚糖基复合生物材料用于肌腱-韧带再生的现有临床前证据，特别强调生物材料设计、免疫调节和综合再生结果之间的关系。综述的核心范围是明确区分直接的壳聚糖相关证据与来自更广泛生物材料和再生医学研究的背景证据。
1.5. 文献检索与证据综合
本综述被设计为批判性叙述性综述而非系统性综述或荟萃分析。文献检索覆盖了2016年1月至2026年5月的出版物，重点放在临床前研究和机制相关的证据上。证据根据其对壳聚糖基系统的直接性、研究间的一致性、机制支持、生物学和功能结果的整合以及转化相关性进行定性综合。
2. 壳聚糖基复合生物材料的演进
2.1. 结构性生物材料
早期生物材料主要设计用于恢复机械连续性、提供临时结构支撑并促进细胞浸润和组织形成。然而，纯结构方法不一定能再现肌腱和韧带组织的天然层级结构，愈合可能仍以胶原排列紊乱、纤维化组织形成、不完全的纤维软骨发育和次优的肌腱-骨整合为特征。这些局限性表明，仅靠机械支撑可能不足以复制天然肌腱-韧带再生的生物学和功能复杂性。
2.2. 生物活性生物材料
对肌腱-韧带愈合生物学复杂性的认识促进了旨在用生物信号补充结构支撑的生物活性生物材料的发展。壳聚糖因其生物相容性、生物降解性、生物粘附性、化学可修饰性以及作为支架和递送基质的能力而在这一背景下受到越来越多的研究。壳聚糖基系统已与血小板衍生制品、水凝胶、细胞、纳米颗粒和控释策略相结合，以支持局部的生物活性保留、细胞活性和细胞外基质组织。
2.3. 免疫再生生物材料
再生免疫学的进展使人们越来越认识到生物材料-宿主免疫相互作用可以影响肌腱-韧带愈合的多个阶段。因此，免疫再生生物材料被开发出来，将结构或递送功能与宿主免疫微环境的特定组分调节相结合。直接的壳聚糖相关证据表明，壳聚糖的理化特性和配方可以影响巨噬细胞反应和炎症信号传导，包括涉及核因子κB、含NLRP3的炎症小体和氧化应激调节的通路。
2.4. 为什么选择壳聚糖？
壳聚糖之所以引起特别关注，是因为它结合了生物相容性、生物降解性、生物粘附性、化学可修饰性以及与多种支架和递送配置的兼容性。其免疫调节活性受理化特性的影响，而非壳聚糖本身的固有属性。分子量、脱乙酰度、表面电荷、粒径和形态、溶解度和降解行为等均可影响质子化氨基的可用性、材料-细胞相互作用、细胞摄取以及壳聚糖衍生信号的局部暴露持续时间和强度。壳聚糖应在更广泛的再生生物材料背景下加以考虑，而非被认为本质上优于其他替代平台。选择壳聚糖的理由在于其化学可修饰性、生物粘附性、生物降解性、递送能力和配方依赖性免疫调节活性的组合，而非证明了其普遍优越性。
3. 免疫微环境调节机制
3.1. 免疫细胞群体与巨噬细胞极化
肌腱-韧带愈合受动态且异质的免疫细胞环境调节，而非仅由巨噬细胞主导。中性粒细胞参与早期炎症反应、碎片清除和抗菌防御，募集的单核细胞分化为巨噬细胞，参与炎症调节、吞噬作用、组织重塑和消退。巨噬细胞因其功能可塑性和协调炎症、基质重塑、血管生成和组织修复的能力，是肌腱-韧带愈合中特征最明确的调节因子之一。传统的M1/M2框架提供了一个有用的描述性模型，但不能完全代表体内巨噬细胞的表型连续性和时间异质性。
3.2. 细胞因子调节
巨噬细胞极化的生物学后果是通过动态的细胞因子和趋化因子网络介导的，该网络协调免疫细胞、成纤维细胞、血管细胞、祖细胞和细胞外基质成分之间的通讯。促炎细胞因子如肿瘤坏死因子α、白细胞介素1β和白细胞介素6有助于免疫细胞募集、碎片清除和基质转换，而持续的炎症信号则可能扰乱胶原组织、肌腱分化、肌腱-骨整合和功能性修复。相反，促消退细胞因子和再生生长因子如白细胞介素10、转化生长因子β、血管内皮生长因子和成纤维细胞生长因子相关信号有助于炎症消退、血管生成、细胞外基质合成、纤维软骨形成和界面成熟。
3.3. 信号通路
免疫微环境调节涉及相互关联的信号通路，这些通路调节炎症消退、氧化应激、巨噬细胞行为、细胞存活、血管生成和细胞外基质重塑。核因子κB和含NLRP3的炎症小体是主要的炎症枢纽，其持续激活可放大促炎细胞因子产生、氧化应激、基质降解和持续的免疫激活。相反，涉及磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B、蛋白激酶B/糖原合酶激酶3β、核因子E2相关因子2和生长因子依赖性信号通路的再生途径有助于细胞存活、抗氧化防御、血管生成、肌腱分化、细胞外基质合成和组织成熟。
3.4. 血管生成与干细胞募集
血管生成和祖细胞募集是再生组织修复中相互关联的下游组成部分。促消退巨噬细胞和再生细胞因子网络可通过血管内皮生长因子、转化生长因子β和基质重塑介质促进这一过程。间充质干细胞、肌腱源性干/祖细胞和内源性祖细胞群体在维持适当调节的微环境内，可进一步促进胶原合成、肌腱分化、纤维软骨形成和肌腱-骨愈合。来自壳聚糖基水凝胶和细胞递送系统的直接证据表明，这些平台可以为祖细胞介导的修复提供结构支撑、细胞保留和局部生物活性环境。
3.5. 免疫-细胞外基质串扰
细胞外基质不仅是肌腱-韧带愈合的结构终点，也是再生微环境的活跃组分，影响免疫细胞行为、力传导、细胞迁移和组织重塑。基质刚度、胶原架构、降解产物和生物力学负荷可调节巨噬细胞极化、细胞因子产生和成纤维细胞活性，而免疫细胞则反向调节胶原转换、基质金属蛋白酶/基质金属蛋白酶组织抑制剂平衡、基质组织和瘢痕形成。来自壳聚糖基支架、生物粘合剂、血小板复合材料、水凝胶和电纺构建体的直接证据表明，壳聚糖基平台可以在递送局部生物信号以影响基质组织和再生信号的同时，提供结构引导。
3.6. 免疫再生级联理论
免疫再生级联理论提供了一个时间框架，将肌腱-韧带愈合期间的顺序再生事件联系起来，从早期炎症及其后续消退开始，接着是协调的血管和细胞反应、细胞外基质重塑、界面成熟，最终实现生物力学恢复。这些阶段是相互联系的，而非严格线性，愈合过程中免疫、血管、细胞、基质和机械过程之间存在相互作用和反馈。
3.7. 免疫再生肌腱-韧带单元
免疫再生肌腱-韧带单元被提出作为一个空间和功能框架，描述了肌腱-韧带再生过程中免疫、血管、细胞、细胞外基质和生物力学领域之间的相互作用。它将愈合部位概念化为一个相互连接的微环境，其中免疫细胞活性影响血管适应和细胞行为，血管信号调节细胞募集和组织重塑，祖细胞和基质细胞与不断演变的细胞外基质相互作用以影响组织结构。
