引言
过程
近期，中山三院的戎利民研究团队创新性地提出了一种生物启发性水凝胶，该水凝胶由透明质酸-接枝-多巴胺（HADA）与精心设计的肽段HGF-(RADA)4-DGDRGDS（简称HRR）巧妙结合而成，旨在强化脊髓损伤（SCI）后的组织整合能力。HADA/HRR水凝胶以其独特的性能，巧妙地调控了PDGFRβ+细胞的渗透行为，促使它们以平行模式排列，从而将原本致密的瘢痕组织转化为有序的纤维基质网络，为轴突的再生铺设了顺畅的道路。为了进一步促进神经修复过程，研究团队在水凝胶中融入了NT3（神经生长因子3）与姜黄素，这两种成分协同作用，不仅加速了损伤边缘轴突的再生，还显著提高了内神经元的存活率。这些存活的神经元作为关键的中继站，以高度特异性的方式构建起异质性轴突连接，极大地增强了神经信号的传导效率。在完全脊髓横断的大鼠模型中，应用HADA/HRR + NT3/Cur水凝胶后，实验动物的运动功能、感觉恢复以及膀胱功能均实现了显著的改善。特别是，该水凝胶促进了脊髓前部V2a神经元的积累，这对于恢复精细运动功能至关重要。此外，在犬的半切脊髓损伤实验中，通过神经元中继以目标特异性的方式建立异质性神经连接，同样观察到了运动功能的显著改善，这进一步验证了该水凝胶在促进SCI修复中的有效性。这种水凝胶为脊髓损伤的治疗开辟了新的途径，展示了巨大的临床应用潜力和前景。
研究团队深入探讨了HADA/HRR基水凝胶在脊髓损伤后如何精细调控细胞外基质（ECM）重塑过程的机制。与未经处理的对照组相比，经过HADA/HRR基水凝胶干预的损伤区域，在短短两周内便展现出了显著的ECM重排现象，形成了沿脊髓长轴方向排列的短纤维网络。这一有序的排列趋势，通过详尽的Laminin（Ln）纤维与脊髓长轴间角度分布的统计分析得到了确凿的验证。
值得注意的是，HADA/HRR基水凝胶不仅显著降低了Ln的密度，还当其在配方中融合NT3（神经生长因子3）和Cur（姜黄素）时，ECM的排列变得更加规整，同时Ln、Fibronectin（Fn）以及Collagen I（Col I）的密度也进一步降低，营造了一个更加有利于神经再生的微环境。此外，观察结果还揭示了一个重要现象：在HADA/HRR基水凝胶处理后的区域，再生的轴突与Ln纤维之间保持了紧密的连续性接触，同时众多再生轴突也积极与Fn和Col I纤维建立联系。这一发现强有力地证明了HADA/HRR基水凝胶通过精准调控ECM的重塑过程，为脊髓损伤后的轴突再生提供了强有力的基质支撑，进而加速了轴突的再生进程并促进了神经功能的全面恢复。
图2 SCI后炎症反应的调节(A) CTRL组和(B) HADA/ HRR + NT3/Cur组1 wpi时脊髓纵切面的代表性图像。用CD68和CD206免疫反应性放大框状边界区域。白色虚线表示宿主脊髓与病灶的边界。(C) CTRL组和(D) HADA/HRR + NT3/Cur组在2 wpi时脊髓纵切面的代表性图像。用CD68和CD206免疫反应性放大框状边界区域。白色虚线表示宿主脊髓与病灶的分界。(E) CD68免疫反应强度的定量(标准化到完整区域)和(F)在1 wpi时，头端和尾端CD206与CD68免疫反应强度的比例。随机选取5个0.5 mm × 0.5 mm区域进行测量，每组3个。(G) CD68免疫反应强度的定量(标准化到完整区域)和(H)在2 wpi时，头端和尾端CD206与CD68免疫反应强度的比例。随机选取5个0.5 mm × 0.5 mm区域进行测量，每组3个。(I)通过定量PCR测定不同组在1 wpi时各种促炎因子和(J)抗炎因子的mRNA表达水平(每组n = 3)。采用定量PCR检测2 wpi时各组(n = 3)不同促炎因子和抗炎因子的(K) mRNA表达水平。将值绘制为平均值+ SEM。经Bonferroni单因素方差分析，*P < 0.05，**P < 0.01，***P < 0.001。
研究表明，脊髓损伤后的炎症反应在首周内急剧加剧，达到峰值状态，此时可见CD68+细胞（作为激活免疫细胞的标志物）在损伤区域显著积聚。然而，令人振奋的是，HADA/HRR基水凝胶，特别是那些加载了NT3和Cur的改良版本，展现出了卓越的免疫调控能力，它们能够显著削减这些激活免疫细胞的数量，并诱导这些细胞表达CD206（一个与抗炎反应紧密相关的标记物），从而有效缓解了急性炎症反应。
此外，HADA/HRR基水凝胶中的Cur成分，作为一种高效的抗氧化剂，通过持续释放机制，进一步巩固了这种免疫调节效果，为损伤区域创造了一个更加有利于修复的微环境。深入的定量PCR分析进一步揭示了水凝胶的抗炎机制：它不仅显著抑制了多种促炎因子（包括iNOS、IL-1β、TNF-α和IL-6）的mRNA表达，有效遏制了炎症反应的恶性循环；同时，还积极促进了抗炎因子（如ARG-1、IL-10和TGF-β）的mRNA表达，促进了组织修复和再生的进程。这一发现为HADA/HRR基水凝胶在脊髓损伤治疗中的应用提供了坚实的理论基础和广阔的前景。
在HADA/HRR基水凝胶的精心调控下，AAV标记的皮质脊髓束（CST）轴突展现出了非凡的再生能力，它们在损伤部位远端的白质区域中顽强地重新生长，并在接近损伤边界处形成了终止点。尤为显著的是，当水凝胶中融入了NT3和Cur这两种生物活性成分后，局部脊髓轴突的再生现象变得更为突出，CST轴突与损伤区域的距离实现了稳步缩减，预示着神经连接的重建取得了实质性进展。
不仅如此，HADA/HRR基水凝胶的治疗还显著增强了损伤边界处宿主神经元的存活状况，具体表现为神经元密度的显著提升。这些幸存的神经元不仅形态上趋于成熟，还与突触标记物实现了共定位，强烈暗示着新的突触网络正在形成，这有望为神经信号的中继传递提供强有力的支持。
进一步的电生理测试更是证实了这一点：运动诱发电位（MEP）的幅度显著增加，同时反应潜伏期显著缩短，这些生理指标的变化直接反映了形态学层面突触连接的增强，进而促进了损伤部位神经信号的有效传递。值得注意的是，即便在没有实现长距离轴突生长的情况下，这种突触连接的改善也足以表明HADA/HRR+NT3/Cur水凝胶在激活和整合宿主神经元、促进损伤部位神经再生及功能恢复方面的卓越效能。
研究团队详尽展示了HADA/HRR+NT3/Cur水凝胶在促进受损部位特异性神经中继连接形成方面的独特作用机制。具体而言，该水凝胶环境显著促进了5-羟色胺能轴突（5HT+）的再生过程，这些轴突不仅在水凝胶内部有效延长，更在损伤区域的近端与远端界限处，与皮质脊髓束（CST）轴突及邻近神经元成功建立了关键的突触联系。尤为值得一提的是，当水凝胶中融入了神经生长因子NT3与姜黄素（Cur）时，此再生与突触形成的数量呈现出了显著的增长趋势。
进一步分析显示，这些5HT+轴突的再生与个体运动功能的恢复之间存在着紧密的正相关性，预示着该水凝胶在神经修复领域的潜在应用价值。此外，研究还意外发现了脑干起源的酪氨酸羟化酶阳性轴突（TH+）及降钙素基因相关肽阳性轴突（CGRP+）在水凝胶中的再生现象，这些轴突在损伤边界区域同样构建了重要的突触连接，它们在膀胱反射回路的调控与疼痛信号的传递中扮演着不可或缺的角色。
以清晰直观的方式展示了HADA/HRR+NT3/Cur水凝胶在犬类半切脊髓损伤模型中所展现出的卓越轴突再生促进与突触整合能力。相较于对照组，接受该水凝胶治疗的犬类在历经18周的治疗周期后，其损伤区域对侧的脊髓组织保持了显著的完整性，这一显著现象直接印证了水凝胶对受损脊髓组织强有力的保护效能。
引人注目的是，NF200+轴突，作为成熟神经元的标志性成分，沿着Laminin (Ln)纤维的自然路径，顺利延伸至水凝胶移植物内部，并在损伤边界区域精准地构建了突触连接，这一发现深刻揭示了水凝胶在引导轴突生长与促进神经纤维修复方面的独特优势。
此外，5HT+（5-羟色胺能）、TH+（酪氨酸羟化酶阳性，关联多巴胺能神经元）及CGRP+（降钙素基因相关肽阳性，涉及疼痛传递）等多种轴突类型均在HADA/HRR+NT3/Cur水凝胶环境中实现了显著的再生与重塑，它们不仅成功再生，还与周围的神经元建立了紧密的功能性突触连接。这些神经元进一步表达了兴奋性或抑制性神经递质标记物，标志着新形成的神经网络已具备了传递与处理神经信号的基本功能，从而实现了神经功能的部分恢复。
电生理测试的数据更是为这一结论提供了强有力的支持，结果显示，经过HADA/HRR+NT3/Cur水凝胶治疗的犬类在运动功能方面取得了显著的改善，其步态展现出更高的稳定性和协调性，这一变化直观反映了脊髓损伤后神经修复与功能恢复的积极成果。
总结
综上所述，该工作报道创新性地设计并开发了一种基于透明质酸接枝多巴胺（HADA）与精心设计的肽序列HGF-(RADA)4-DGDRGDS（简称HRR）的生物启发性水凝胶，旨在促进脊髓损伤（SCI）后的组织整合与功能恢复。该水凝胶通过精妙地调控PDGFRβ+细胞的渗透行为，成功地将致密的瘢痕组织转化为有序的纤维基质，为轴突的定向再生铺设了理想的路径。
研究团队通过在水凝胶中整合神经生长因子NT3与天然活性成分姜黄素（Cur），显著增强了损伤边缘轴突的再生能力与内神经元的存活率。这些内神经元作为关键的神经中继站，以高度目标特异性的方式构建了多样化的异质性轴突连接，从而在多个维度上——包括运动、感觉及膀胱功能——实现了显著的改善。
在犬类半切脊髓损伤模型的深入验证中，HADA/HRR+NT3/Cur水凝胶不仅促进了精准的神经中继连接的构建，还促进了表型适宜的突触形成，这一成果强有力地证明了该水凝胶在SCI治疗领域的巨大转化潜力。本研究不仅揭示了生物材料如何通过激发机体自身的有益生物活动来促进SCI的修复过程，更为中枢神经系统损伤及相关疾病的治疗策略开辟了新的视野与思路，预示着未来神经再生医学的广阔前景。
参考文献：
Tan, Zan et al. “Integrating hydrogels manipulate ECM deposition after spinal cord injury for specific neural reconnections via neuronal relays.” Science advances vol. 10,27 (2024): eado9120. doi:10.1126/sciadv.ado9120
