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背景介绍

脊髓损伤（SCI）导致持续性神经功能障碍，其核心障碍在于轴突无法自发再生以及损伤局部形成不利于修复的纤维化微环境。目前临床干预在慢性期获益甚微，主要因为无法克服这种抵抗再生的病理性微环境。间充质基质细胞（MSCs）因其多向分化潜能、低免疫原性和强大的旁分泌活性，成为SCI修复的重要候选细胞疗法。然而临床数据显示，MSCs在慢性SCI中的疗效显著下降，主要获益局限于感觉恢复。这一转化瓶颈源于MSCs固有的可塑性——移植后，它们会被损伤部位的外源性病理性信号“腐蚀”，丧失治疗表型和再生潜力。尽管已有研究关注低氧和炎性因子等生化信号，但物理微环境（尤其是基质刚度）对MSC行为的决定性影响常被忽视。值得注意的是，SCI后纤维化瘢痕核心因胶原沉积和ECM交联而显著增硬，这种病理性的机械信号可能劫持MSCs的机械转导机制，将其推向适应不良的成纤维细胞样表型，最终削弱治疗效果。

研究思路

针对上述挑战，中山大学戎利民教授、项鹏教授、汪建晨教授、刘斌教授团队合作开展了一项系统性研究。通过原子力显微镜检测，发现慢性SCI后损伤核心基质刚度显著升高，且与纤维化瘢痕区域空间重合。移植到损伤部位的MSCs逐渐获得成纤维细胞样表型，表达Collagen I、Fibronectin和α-SMA。体外实验证实，硬基底（40-100 kPa）通过促进YAP核转位和Smad信号激活，驱动MSCs向纤维化表型转化，并削弱其免疫调节功能。为了解决这一问题，团队开发了一种“软基质预驯化”策略：将MSCs预先在软基底（1 kPa）上培养不同时间，再转移至硬基底。软驯化不仅阻止YAP核转位，还通过促进YAP在细胞质中滞留并随后通过溶酶体途径降解，有效擦除纤维化机械记忆，使MSCs对后续的硬度挑战产生抵抗。将这些“机械重置”的MSCs移植到SCI小鼠模型后，显著减少了瘢痕形成、持续调节免疫反应并促进了运动功能恢复，效果优于常规培养的MSCs。相关内容以Soft substrate priming erases fibrotic mechanical memory in mesenchymal stromal cells via YAP lysosomal degradation to improve therapeutic efficacy for spinal cord injury为题， 发表在Biomaterials！

图片解析

图1. 脊髓损伤诱导的组织硬化驱动MSCs纤维化转化： (a) 实验设计示意图，使用原子力显微镜检测损伤核心、交界区和边缘区的基质刚度。(b) 14天损伤脊髓的代表性AFM图像，显示不同区域弹性模量。(c) Collagen I、IBA1和GFAP免疫荧光染色界定瘢痕边界。(d) 3、7、14天损伤核心、交界区和边缘区的平均弹性模量定量，刚度随时间升高。(e) 1、3、7、14天损伤核心中Collagen I、mCherry（标记MSC）和GFAP的免疫荧光染色。(f,g) mCherry⁺信号在GFAP⁺区域内的分布定量及随时间保留率（14天仍保留约85%）。(h-k) 从损伤脊髓中分选的mCherry⁺ MSCs中Fibronectin、Collagen I、α-SMA的Western blot及定量，纤维化标志物随时间显著增加。

图2. 基质刚度驱动MSCs向成纤维细胞样表型转化： (a) 实验设计：MSCs在软（1 kPa）、中（40 kPa）、硬（100 kPa）2D水凝胶上培养，并加或不加TGFβ处理。(b) F-肌动蛋白免疫荧光染色，硬基底上细胞呈铺展、应力纤维明显的成纤维样形态。(c) 纤维化形态细胞百分比定量。(d,e) ACTA2和COL1A1 mRNA表达，硬基底显著上调。(f-h) α-SMA和Collagen I的Western blot及定量。(i,j) F-肌动蛋白和α-SMA免疫荧光及α-SMA⁺应力纤维细胞百分比。(k,l) 胶原凝胶收缩实验及凝胶重量定量，硬基底上MSCs收缩能力增强。

图3. 基质刚度通过YAP激活诱导MSCs纤维化表型转化： (a) YAP和pYAPS127的Western blot，硬基底和GA-017（YAP激活剂）处理降低pYAP。(b-d) YAP细胞定位的免疫荧光及定量，硬基底和GA-017促进YAP核转位。(e,f) F-肌动蛋白染色及纤维化形态百分比，GA-017使软基底上MSCs也呈现纤维化形态。(g,h) ACTA2和COL1A1 mRNA表达。(i) α-SMA和Collagen I Western blot。(j,k) α-SMA⁺应力纤维染色及定量。(l,m) 胶原凝胶收缩定量及代表图。(n) 炎症因子和抗炎因子mRNA表达热图，硬基底和GA-017促进促炎、抑制抗炎因子。

图4. 软基质机械驯化保护MSCs免受硬度诱导的纤维化表型转化： (a) 实验设计：MSCs先在软基底上预培养不同时间（0、3、7天），再转移至硬基底加TGFβ处理。(b,c) F-肌动蛋白染色及纤维化形态百分比，预驯化时间越长保护效果越强。(d,e) ACTA2和COL1A1 mRNA表达。(f-h) α-SMA和Collagen I Western blot及定量。(i,j) α-SMA⁺应力纤维染色及定量。(k) 炎症因子表达热图，预驯化降低促炎、升高抗炎因子。(l-o) 上清中IL-1β、IL-6、TNF-α和IL-10的ELISA检测，7天预驯化效果最佳。

图5. 软基质驯化促进YAP细胞质滞留和溶酶体降解： (a-c) YAP和pYAP的Western blot及定量，预驯化降低总YAP，增加pYAP。(d) YAP核质定位定量。(e-g) 细胞质和细胞核中YAP的Western blot及定量，预驯化减少核YAP，也减少胞质YAP（提示降解）。(h,i) YAP与LAMP1（溶酶体标记）共定位免疫荧光及定量，预驯化增加共定位。(j) 加入溶酶体抑制剂Chlq后YAP的核质分布，Chlq恢复YAP水平。(k,l) Chlq处理前后YAP核质分布免疫荧光及定量，证实YAP通过溶酶体降解。

图6. 软驯化MSCs移植更有效地驱动多维微环境重塑促进SCI修复： (a) 实验设计：MSCs在软或硬基底上驯化后移植到SCI小鼠。(b) 14天损伤脊髓大体照片，软驯化组病变更小。(c) H&E染色显示软驯化组病变面积显著减小。(d) Masson染色显示胶原沉积减少。(e,f) Collagen I和α-SMA免疫荧光及定量，软驯化组纤维化瘢痕面积最小。(g,h) GFAP（胶质瘢痕）免疫荧光及定量，软驯化组GFAP强度最低。(i,j) IBA1和CD11b（小胶质细胞/巨噬细胞）免疫荧光及定量，软驯化组炎症浸润最少。

图7. 软驯化MSCs移植更有效地促进SCI后功能恢复和神经再生： (a) Basso Mouse Scale评分曲线，软驯化组运动功能恢复最佳。(b) 足迹分析，软驯化组步态接近假手术组。(c,d) 步长和步宽定量。(e) 运动诱发电位检测示意图。(f-h) MEP振幅和潜伏期定量，软驯化组振幅最高、潜伏期最短。(i,j) Nissl染色及阳性面积，软驯化组神经元存活更多。(k,l) NeuN免疫荧光及定量，软驯化组成熟神经元数量最多。

图8. 机制示意图： 慢性SCI中增高的基质刚度促进移植MSCs中YAP核转位和Smad激活，驱动促纤维化转录程序，削弱免疫调节，限制功能恢复（左）。软基质驯化通过促进YAP胞质滞留和溶酶体降解，擦除纤维化机械记忆，抑制纤维化转化，保留MSCs再生功能。移植后减少瘢痕形成和神经炎症，改善修复效果和功能恢复（右）。

结论

本研究发现慢性脊髓损伤后纤维化瘢痕核心的基质刚度显著升高，这种病理性的机械信号通过YAP核转位和Smad信号激活，驱动移植的MSCs向成纤维细胞样表型转化并削弱其免疫调节功能。为解决这一问题，研究团队开发了“软基质预驯化”策略：在软基底上培养MSCs可促进YAP的胞质滞留和随后的溶酶体降解，有效擦除纤维化机械记忆，使MSCs对后续的硬度挑战产生抵抗。将这些机械重置的MSCs移植到SCI小鼠模型中，显著减少了纤维化瘢痕和胶质瘢痕形成，抑制了神经炎症，并促进了运动功能恢复和神经元存活。该策略作为一种可扩展、无化学添加的细胞制备方法，为提升MSC疗法在SCI及其他纤维化相关中枢神经系统疾病中的疗效提供了新的转化路径。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2026.124311