MMP13

-01-引言金属蛋白酶（MP）是一个在其活性中心具有金属离子的大型蛋白酶家族。根据结构域的不同，金属蛋白酶可分为多种亚型，主要包括基质金属蛋白酶（MMPs）、解整合素金属蛋白酶（ADAMs）以及具有血栓反应蛋白基序的ADAMs（ADAMTS）。它们具有蛋白质水解、细胞粘附和细胞外基质重塑等多种功能。金属蛋白酶在多种类型的癌症中表达，并通过调节信号转导和肿瘤微环境参与涉及肿瘤发生、发展、侵袭和转移的许多病理过程。因此，更好地了解MP在癌症免疫调节中的表达模式和功能将有助于开发更有效的癌症诊断和免疫治疗方法。-02-一、MP的结构和表达基质金属蛋白酶（MMP）在脊椎动物中，MMP家族由28个成员组成，至少23个在人体组织中表达，其中14个在脉管系统中表达。基质金属蛋白酶通常根据其底物和其结构域的组织结构分为胶原酶（MMP1、MMP8、MMP13）、明胶酶（MMP2、MMP9）、溶血素（MMP3、MMP10、MMP11）、基质溶素（MMP7、MMP26）、膜型MMPs（MT MMPs）或其他MMPs。MMP家族有一个共同的核心结构。典型的MMPs由大约80个氨基酸的前肽、170个氨基酸的金属蛋白酶催化结构域、可变长度的连接肽或铰链区和约200个氨基酸的血红素蛋白结构域组成。不同类型的MMP具有不同于典型MMP的特定结构特征。例如，MT MMPs缺乏前结构域，而MMP7、MMP26和MMP23缺乏Hpx结构域和连接肽。此外，MMP2和MMP9包含纤连蛋白的三个重复。MMPs中的这些不同结构域、模块和基序参与与其他分子的相互作用，从而影响或决定MMP活性、底物特异性、细胞和组织定位。MMPs已在多种人类癌症中检测到，MMPs的高表达通常与大多数癌症的生存率降低有关，包括结直肠癌、肺癌、乳腺癌、卵巢癌和胃癌。其中MMP2和MMP9，能够降解基底膜中的IV型胶原，是研究最广泛的金属蛋白酶，与各种癌症患者的疾病进展和生存率降低相关。解整合素金属蛋白酶（ADAM）ADAMs是锚定在细胞表面膜上的I型跨膜蛋白，迄今已发现30多种。与MMPs类似，ADAMs包括前结构域和锌结合金属蛋白酶结构域。ADAM还包括一个在细胞表面蛋白中独特的去整合素结构域。ADAM的金属蛋白酶结构域高度保守，大多数ADAM都有一个富含半胱氨酸的结构域和跨膜区域相邻的EGF样结构域，然后是一个长度和序列在不同ADAM家族成员之间变化很大的胞内区。由于这些结构域的存在，ADAM可以结合底物并影响细胞粘附和迁移的变化，以及细胞表面分子的蛋白水解释放。它们的主要底物是完整的跨膜蛋白，如生长因子、粘附分子和细胞因子的前体形式。癌细胞通常表达高水平的ADAM，ADAM17是所有ADAM蛋白中研究最广泛的。一项评估ADAM17作为卵巢癌潜在血液生物标志物的研究表明，与对照组相比，培养的卵巢癌细胞系的培养基上清液以及卵巢癌患者的血清和腹水中的ADAM17水平明显更高。具有血栓反应蛋白基序的ADAM（ADAMTS）ADAM不同，ADAMTS是一种分泌型金属蛋白酶，其特征在于辅助结构域包含血栓反应蛋白1型重复序列（TSR）和间隔区，并且缺少跨膜区、胞内域和（EGF）样结构域，人ADAMTS家族包括19种蛋白。ADAMTS蛋白酶参与前胶原和von Willebrand因子的成熟，以及与形态发生、血管生成和癌症相关的ECM蛋白水解。研究表明，不同的ADAMTS具有不同的生物学功能，并且个体ADAMTS可以在不同的癌症中或根据临床环境发挥不同的作用。与MMPs和ADAMs相比，ADAMTS在TME中的参与研究较少，因此迫切需要系统地研究其在癌症中的功能。-03- 二、涉及癌细胞免疫相关MP的信号通路信号转导途径由多个分子组成，它们相互识别和相互作用，并传递信号以调节许多重要的生物学过程，如肿瘤细胞增殖、转移和免疫调节。三种信号通路尤其与免疫调节中的MP密切相关。肿瘤坏死因子信号肿瘤坏死因子-α（TNF-α）是一种重要的促炎细胞因子，参与免疫系统的维持和稳态，以及炎症和宿主防御。可溶性TNF-α通过蛋白水解酶ADAM17，也称为TNF-a转换酶（TACE），从跨膜TNF-α（tmTNF-α）裂解，该酶可通过激活TNF-α来协调免疫和炎症反应。鉴于ADAM17对TNF信号通路的受体和配体的作用，ADAM17被认为以多种方式影响TNF-α信号传导。例如，可溶性TNF-α产生的减少将导致tmTNF-α的积累，其将与TNFR2结合并导致不同的生物学结果。转化生长因子–β转化生长因子-β（TGF-β）作为肿瘤行为的关键调节因子，在肿瘤侵袭和转移、免疫调节和治疗抵抗中发挥重要作用。TGF-β也是TME免疫抑制的核心，根据具体情况对免疫系统具有多效性功能。MMP9和MMP2是已知的两种金属蛋白酶，可切割未激活的TGF-β前体并产生不同的TGF-β蛋白水解切割产物，从而导致TGF-β活化。此外，与CD44结合的MMP9降解纤连蛋白导致活性TGF-β的释放。癌细胞中MMP9的水平不仅可能影响TGF-β的蛋白水解，还可能影响TGFβ和TGF信号通路下游物质的表达。对乳腺癌中MMP9与TGF信号通路之间关系的研究表明，乳腺癌细胞中MMP9的过表达不仅显著上调了SMAD2、SMAD3和SMAD4的表达，还增强了SMAD2的磷酸化。Notch信号通路Notch信号涉及肿瘤生物学的多个方面，其在免疫应答的发展和调节中的作用比较复杂，包括塑造免疫系统和TME的组成部分，例如抗原呈递细胞、T细胞亚群和癌细胞之间的复杂串扰。特别是，Notch在不同免疫细胞的发育和维持中发挥着关键作用。配体与Notch受体结合后，下游信号由包括ADAM家族成员在内的一些蛋白酶介导。首先，受体/配体相互作用暴露了蛋白水解切割位点S2，其被ADAM金属蛋白酶切割。γ-分泌酶介导的S3处的后续裂解发生在跨膜区，导致Notch胞内结构域（NICD）的释放，该结构域转移到细胞核中，并将MAML与RBPJ结合，触发靶基因如Myc、P21和HES1的转录。已知ADAM10和ADAM17参与裂解S2，而ADAM17导致配体非依赖性Notch激活，ADAM10导致配体依赖性激活。-04-三、MP对肿瘤微环境的调节TME是指肿瘤细胞周围的微环境，包括血管、免疫细胞、成纤维细胞、骨髓源性抑制细胞、各种信号分子和ECM。TME在调节癌症的免疫反应中起着关键作用。MP对ECM的影响ECM是TME基质的非细胞成分，ECM的重塑在癌症的发展和体内稳态以及免疫细胞募集和组织转移中起着重要作用。癌症进展过程中ECM的广泛重塑导致其密度和组成发生变化，具体而言，蛋白酶诱导的ECM成分的分解对于肿瘤细胞跨越组织屏障至关重要。MMPs和ADAMs是参与ECM降解的主要酶，参与ECM降解的MMPs可大致分为膜锚定MMPs和可溶性MMPs。ECM降解主要通过MT1 MMP激活的可溶性MMP（如MMP2、MMP9和MMP13）实现。ECM有三个主要成分：纤维、蛋白聚糖和多糖。MMPs通过与这些基质结合以促进各种ECM蛋白的周转，在组织重塑中发挥重要作用。MMPs降解ECM的具体机制尚不清楚，需要进一步研究。MP与免疫细胞之间的关系MP在促进免疫细胞活性和调节免疫细胞迁移方面发挥重要作用。MP和免疫细胞之间的关系如下图所示。ADAM10和ADAM17在静止的CD4+Th细胞表面表达，对调节CD4+Th的发育和功能很重要。ADAM10/17在T细胞共刺激受体以及共抑制受体的脱落中发挥关键作用。例如，CD154（CD40L）是一种II型膜共刺激受体，在T细胞和APC之间的相互作用后，CD154表达在几个小时内迅速上调，随后在ADAM10和ADAM17裂解后从T细胞表面释放。此外，ADAM10和ADAM17还作用于共刺激受体CD137，以及抑制性受体LAG-3、TIM-3，sLAG-3和sTIM-3的可溶性形式都是在ADAM10和ADAM17蛋白水解裂解后形成的。B细胞是体液免疫的关键细胞成分，位于脾脏中边缘区B细胞（MZB）表达高水平的CD80/86共刺激分子，导致T细胞活化。Notch2信号传导是MZB细胞发育所必需的，在MZB的发育过程中，Notch2异二聚体与基质细胞和APC上的DLL1等配体结合，这启动了一种未知的金属蛋白酶水解受体，导致Notch胞内结构域的释放，该结构域转移到细胞核并触发下游靶基因的表达。这种未知的金属蛋白酶可能是ADAM10。NK细胞表达IgG Fc受体FcγRIII（CD16），CD16分子可被ADAM17从活化的NK细胞表面裂解，ADAM17的抑制会削弱CD16和CD62L的胞外脱落，从而显著增加细胞内TNF-α和IFN-γ的水平。此外，MMPs和ADAMS可以从肿瘤细胞表面切割活化受体NKG2D的配体。这些裂解蛋白的可溶性形式与NKG2D结合，并诱导该受体的内吞和降解，导致肿瘤逃避监控。总的来说，ADAM17裂解的多种底物与NK细胞的不同作用有关。肿瘤相关巨噬细胞（TAM）有助于癌症的发生和恶性进展，高水平的TAM与预后不良和总体生存率降低有关。在多种癌症中，发现TAM通过分泌MMPs促进肿瘤血管生成和侵袭，并调节免疫反应。MMP的调节与TAM分泌的趋化因子密切相关。与MPs相关的免疫调节细胞因子多种来源于肿瘤细胞的细胞因子，包括TGF-β、EGF、HGF和TNF-α，介导许多MP的表达。其中最重要的是MMP9，其在血清和与肿瘤相关的组织中升高，并参与ECM的降解，以促进癌症中免疫细胞的迁移。此外，这些细胞因子必须被MP切割以参与肿瘤免疫过程。例如，被ADAM17切割的TmTNF-α产生活性sTNF-α。IL-12在T细胞发育和扩增中也起着关键作用，未激活的IL-12前体需要在被MMP14切割之后在TME中转变为活性状态。金属蛋白酶和血管生成迄今为止，已经报道了几种类型的肿瘤血管生成，包括萌芽血管生成和血管生成拟态（VM）。萌芽血管生成是通过血管基底膜中各种水解酶（如MP和组织纤溶酶）的上调实现的，这导致基底膜和ECM的降解和重塑。例如，在胰腺神经内分泌肿瘤中，MMP9分泌增加会从基质中释放出隔离的VEGF，从而将血管静止转变为活跃的血管生成。在肺癌细胞中，MMP2活性的抑制减少了其与整合素AVB3的相互作用，并抑制了下游PI3K/AKT信号介导的VEGF的表达，导致血管生成减少。VM是侵袭性肿瘤形成新血管的新模型，为肿瘤生长提供血液供应。研究表明，实体瘤的初始缺氧环境与VM密不可分，缺氧与MMPs的表达和活性密切相关。低氧诱导因子-1α（HIF-1α）已被证明直接调节MMP14、MMP9和MMP2的表达。-05-四、靶向MP的免疫治疗鉴于MP在癌症免疫调节中的作用，人们开始探索靶向MP的免疫治疗，临床试验中出现了多种广谱MP抑制剂。然而，由于药物的非特异性靶向和MP在免疫调节中的复杂作用，MP抑制剂迄今未能改善癌症患者的生存和预后。最近，有报道称MP抑制剂可用于联合治疗，以提高免疫治疗的疗效。SB-3CT作为一种MMP2/9抑制剂，被认为可以提高抗PD-1和抗CTLA-4治疗黑色素瘤和肺癌小鼠模型的疗效。SB-3CT治疗不仅通过减少多种致癌途径导致PD-L1表达减少，而且与抗PD-1治疗相结合，显著改善了免疫细胞浸润和T细胞的细胞毒性。此外，SB-3CT与抗CTLA-4的组合增强了PD-L1表达的下调，并增加了肿瘤中活化的肿瘤浸润CD8+T细胞的丰度。Andecaliximab（GS-5745）是一种选择性抑制MMP9的单克隆抗体，GS-5745通过与MMP9前体结合并阻止MMP9活化来抑制MMP9，而与活性MMP9的结合则抑制其活性。Fab 3369作用于MMP14，阻断细胞表面表达的内源性MMP14，并抑制三阴性乳腺癌（TNBC）中ECM的降解。此外，有多种抗体可有效抑制ADAM17，包括A12、A9和MED13622。还有一些小分子抑制剂在临床开发中，在临床试验中显示出积极的效果。-06-结语MP在TME中的免疫调节中发挥重要作用，包括ECM重塑、信号通路转导、细胞因子脱落和释放以及促进血管生成。与MP相关的新兴技术和药物在癌症诊断和治疗中得到了越来越多的探索。因此，更好地了解MP在癌症免疫调节中的表达模式和功能将有助于开发更有效的癌症诊断和免疫治疗方法。基于MP的探索和新技术具有巨大潜力，它们可能会为未来的癌症诊断和治疗提供有效的策略。参考资料：1.Immunomodulatory role of metalloproteases in cancers: Current progress and future trends. Front Immunol.2022; 13: 1064033.公众号内回复“ADC”或扫描下方图片中的二维码免费下载《抗体偶联药物：从基础到临床》的PDF格式电子书！公众号已建立“小药说药专业交流群”微信行业交流群以及读者交流群，扫描下方小编二维码加入，入行业群请主动告知姓名、工作单位和职务。

▎药明康德内容团队编辑 食管癌是全球高发的恶性肿瘤，在包括中国在内的亚洲地区患者大多为食管鳞癌（ESCC），超过半数患者确诊时已为局部晚期或转移性阶段。对于侵犯主动脉、椎体或气管等临近结构的（T4b期）不可切除局部晚期ESCC，基于含铂药物的根治性放化疗（dCRT）是标准治疗，但完全缓解率仅约11%-25%，患者生存期普遍不足1年，迫切需要创新方案来改善患者的缓解率和生存率。 近年来，免疫检查点抑制剂在多种癌症中展现出潜力，也已改变晚期食管癌、可切除局晚期食管癌的治疗。但在不可切除ESCC患者中的应用仍处于探索阶段。 近日发表于Nature Cancer的EPOC1802试验结果显示，在不可切除ESCC患者中dCRT后序贯使用PD-L1抑制剂阿替利珠单抗（atezolizumab）治疗1年可提升生存获益，确认完全缓解（cCR）率达42.1%，12个月总生存（OS）率为65.8%，且安全性可控。这一疗效令人鼓舞，期待未来长期生存数据进一步验证这一方案的应用潜力。 截图来源：Nature Cancer EPOC1802是一项在日本开展的多中心II期临床试验，主要队列纳入40例T4b期或淋巴结广泛转移的不可切除ESCC患者。患者中位年龄64岁，95%为T4期，92.5%伴淋巴结转移，25%存在远处淋巴结转移（M1）。所有患者先接受根治性放化疗（2周期顺铂/5-氟尿嘧啶化疗联合60 Gy放疗），且完成根治性放化疗时没有发生食管穿孔、食管气管瘘、食管纵隔瘘、动脉侵犯出血或呼吸道狭窄等情况。放化疗完成后6周内启动阿替利珠单抗治疗（每3周注射1200 mg），治疗持续1年（最多注射17次）。此外，探索性队列还纳入了10名根治性手术后局部区域复发的ESCC患者，由于难以再进行手术，这类患者通常也接受根治性放化疗治疗。 由于只有在根治性放化疗后达到的确认完全缓解的患者才能预期获得长期生存，因此主要终点设为研究者评估的确认完全缓解率（每4周评估直至完全缓解，且首次完全缓解后≥4周再次确认，后续每12周复查），针对主要队列前38名符合入组条件并至少接受过一次试验方案治疗的患者中进行分析（试验最初预估样本量为38）。 完全缓解：根据《实体肿瘤疗效评价标准》v.1.1和日本食管癌分类（第 11 版），定义为没有不规则的糜烂性改变、溃疡性病变、明显隆起（包括黏膜下肿块隆起）或组织病理学恶性肿瘤。通过CT和内镜检查确认。 经研究者评估的确认完全缓解率为42.1%（16/38；90%CI 28.5%~56.7%），90%CI下限超过预先设定的阈值20%，因此研究达到主要终点。 此外，在主要队列前38例患者中，总缓解率为65.8%。主要队列所有40名患者的确认完全缓解率为40.0%，总缓解率为62.5%。探索性队列的确认完全缓解率为50.0%，总缓解率为80.0%。 主要队列的中位随访期为12.5个月，中位无进展生存期（PFS）为3.2个月，12个月PFS率为29.6%；中位OS为31.0个月，12个月OS率为65.8%。在达到确认完全缓解的患者中，中位PFS尚未成熟，换言之，超过一半患者疾病仍未进展且存活，12个月PFS率为67.5%。 安全性方面，5%患者出现3级及以上肺炎，无治疗相关死亡，整体耐受性良好。 图片来源：123RF 研究通过生物标志物等分析阐述了序贯治疗增强疗效的机制：根治性放化疗增强肿瘤免疫反应，激活cGAS-STING通路和RIG-I通路，先天性和获得性免疫相关的基因表达均有所上调；此外，根治性放化疗可募集并激活抗原呈递细胞和效应T细胞，肿瘤组织中和抗原呈递细胞中的PD-L1表达增加。因此，在完成根治性放化疗后立即序贯使用抗PD-L1药物可以增强抗肿瘤免疫反应并优化临床疗效。 此外，达到完全缓解的患者，CD8+T细胞中PD-1的表达明显更高，而效应调节性T细胞（eTreg）中CTLA-4的表达则明显更低，这为将来疗效预测提供了生物标志物的洞见。 在未达到确认完全缓解的患者中，对治疗后的残留癌症组织分析揭示了部分患者产生耐药的因素：包括EGFR/PIK3CA/PTEN/KEAP1突变或MYC扩增、属于上皮间质转化（EMT）表型（MMP1/MMP13高表达）、肿瘤微环境中的调节性T细胞（Treg）过多导致免疫抑制、IL-1β信号异常导致CTLA-4上调等。 总之，本研究证实，相比现有方案，根治性放化疗后序贯阿替利珠单抗可改善不可切除ESCC患者的完全缓解率和生存期，且安全性可控，其长期生存数据尚需进一步研究。研究同时揭示了放化疗重塑免疫微环境、与免疫治疗形成“双剑合璧”效应的机制，尤其是肿瘤浸润性PD-1+ CD8+T细胞可作为完全缓解的生物标志物；此外也为克服耐药提供了洞见。 点击文末“阅读原文/Read more”，即可访问Nature Cancer官网阅读完整论文。 推荐阅读 欢迎投稿：学术成果、前沿进展、临床干货等主题均可，点此了解投稿详情。 题图来源：123RF 参考资料 [1] Bando, H, et al., (2024). Atezolizumab following definitive chemoradiotherapy in patients with unresectable locally advanced esophageal squamous cell carcinoma – a multicenter phase 2 trial (EPOC1802). Nat Cancer, https://doi.org/10.1038/s43018-025-00918-1 免责声明：药明康德内容团队专注介绍全球生物医药健康研究进展。本文仅作信息交流之目的，文中观点不代表药明康德立场，亦不代表药明康德支持或反对文中观点。本文也不是治疗方案推荐。如需获得治疗方案指导，请前往正规医院就诊。 版权说明：本文来自药明康德内容团队，欢迎个人转发至朋友圈，谢绝媒体或机构未经授权以任何形式转载至其他平台。转载授权请在「医学新视点」微信公众号留言联系。 如有其他合作需求，请联系wuxi_media@wuxiapptec.com 分享，点赞，在看，传递医学新知 图片来源：123R

1.仿骨基质3D生物打印GelMA/膨润土支架促进骨再生 1.仿骨基质3D生物打印GelMA/膨润土支架促进骨再生 Wang, J., Zhou, D., Wang, G., Wang, M., Wang, F., Han, Y., Shi, ZM., Ren, XX., Su, J. (2024). Enhanced bone regeneration with bioprinted GelMA/Bentonite scaffolds inspired by bone matrix. Virtual and Physical Prototyping, 19(1). https://doi.org/10.1080/17452759.2024.2345765 在骨组织工程领域，由于传统方法如供体部位问题和免疫排斥等局限性，寻求更优修复策略至关重要。本文提出了一种创新性的GelMA/膨润土复合生物墨水，用于3D生物打印，旨在构建高度仿生的骨组织支架。GelMA因其优异的生物相容性和可调控的机械性能而被选用，而膨润土凭借其丰富的矿物成分和离子交换能力被引入以增强支架结构并促进成骨微环境的形成。本研究首次将膨润土纳入生物墨水，这是一个重要的突破，鉴于膨润土在医药领域的安全性和其跨行业的广泛应用。本生物墨水配方在骨组织工程中具有里程碑意义，旨在改善骨组织的骨整合和再生效果。GelMA与膨润土的结合标志着开发促进骨愈合的生物墨水迈出了关键一步，并为天然纳米材料在医学领域的应用开辟了新途径。 2.负载Apt02修饰四面体骨架核酸异质DNA水凝胶加速临界尺寸骨缺损修复 Han, Y., Wu, Y., Wang, F., Li, G., Wang, J., Wu, X., Deng A., Reng X.,Wang X., Gao J., Shi Z., Bai L., Su, J. (2024). Heterogeneous DNA hydrogel loaded with Apt02 modified tetrahedral framework nucleic acid accelerated critical-size bone defect repair. Bioactive Materials, 35. https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2024.01.009 节段性骨缺损，源于创伤、感染和肿瘤，给临床带来了巨大的挑战。传统的骨修复材料，如自体骨和同种异体骨移植，面临诸多限制，包括来源稀缺和免疫排斥的风险。核酸纳米技术的出现，尤其是DNA水凝胶在组织工程中的应用，提供了一个有前景的解决方案，这要归功于其良好的生物相容性、生物降解性和可编程性。然而，这些水凝胶通常受限于高凝胶化温度（约46°C）和高成本，限制了细胞包裹和广泛应用。我们的研究提出了一种新型的聚合物修饰DNA水凝胶，采用核酸纳米技术制备，能够在更具生物相容性的37°C下凝胶化，并且成本效益较高。该水凝胶进一步结合了四面体框架核酸（tFNA）以增强成骨矿化。此外，考虑到tFNA的可修饰性，我们将其链条与促进血管生成的适配体Aptamer02（Apt02）进行修饰。这种双重策略显著加速了骨髓间充质干细胞（BMSCs）的成骨分化和人脐静脉内皮细胞（HUVECs）的血管生成，细胞测序验证了它们的靶向效果。大鼠颅骨关键性骨缺损的体内实验表明，这种方法在促进新骨生成方面具有良好效果。这一创新不仅为修复节段性骨缺损提供了可行的解决方案，还为未来骨类器官构建的进展开辟了新路径，标志着组织工程和再生医学领域的重大突破。 3. 利用基于丝素蛋白-DNA水凝胶的软骨类器官前体促进软骨修复 3. 利用基于丝素蛋白-DNA水凝胶的软骨类器官前体促进软骨修复 Shen, C., Wang, J., Li, G., Hao, S., Wu, Y., Song, P., Han, Y., Li, M., Wang, G., Xu, K., Zhang, H., Ren, X., Jing, Y., Yang, R., Geng, Z., Su, J. (2024). Boosting cartilage repair with silk fibroin-DNA hydrogel-based cartilage organoid precursor https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2024.02.016. 骨关节炎是一种常见的退行性疾病，其特点是高度残疾，对个人和社会造成巨大的经济影响。目前的临床治疗仍不足以有效管理骨关节炎。类器官是干细胞或祖细胞定向分化产生的微型3D组织结构，模仿天然器官的结构和功能。它们可用于药物测试，并可作为器官修复的活性移植物。然而，类器官构建需要细胞外基质样3D支架来促进细胞生长。水凝胶微球具有可调节的物理和化学性质，通过复制自然微环境在软骨组织工程中显示出前景。基于先前关于用于软骨再生的SF-DNA双网络水凝胶的工作，我们通过微流体系统开发了一种新型RGD-SF-DNA水凝胶微球（RSD-MS），将光聚合与自组装技术相结合，然后用Pep-RGDfKA进行修饰。RSD-MS表现出均匀的尺寸、多孔表面以及最佳的溶胀和降解特性。体外研究表明，RSD-MS可增强骨髓间充质干细胞的增殖、粘附和软骨分化。转录组分析显示，RSD-MS通过整合素介导的粘附通路及糖胺聚糖生物合成促进软骨形成。此外，体内研究表明，将BMSC接种到RSD-MS上以产生软骨类器官前体，可显著增强软骨再生。总之，RSD-MS是构建和长期培养软骨类器官的理想选择，为软骨再生和组织工程提供了创新策略和材料选择。 4.汉堡包状仿生营养骨膜调节骨免疫、血管/骨生成、促进临界尺寸骨缺损修复 4.汉堡包状仿生营养骨膜调节骨免疫、血管/骨生成、促进临界尺寸骨缺损修复 Hao, S., Zhou, D., Wang, F., Li, G., Deng, A., Ren, X., Wang, X., Jing, Y., Shi, Z., Bai, L., Su, J. (2024). Hamburger-like biomimetic nutrient periosteum with osteoimmunomodulation, angio-/osteo-genesis capacity promoted critical-size bone defect repair. https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.150990 骨膜在骨修复中至关重要，通过骨免疫调节和新血管形成成为新骨形成的关键促进者。然而，自体骨膜来源有限，传统的骨膜组织工程很难通过简单的结构设计来模拟骨膜的这些功能。在这项研究中，我们提出了一种具有汉堡样结构的仿生营养骨膜。中间层是由百万级骨髓间充质干细胞和M2巨噬细胞组成的混合细胞片。将包裹多孔PLLA微球和CaO2纳米粒子的丝蛋白基水凝胶层分别置于细胞片的顶部和底部。异质水凝胶不仅能够实现细胞片的机械稳定性，还能使CaO2缓慢释放氧气长达30天，这进一步增强了细胞片的活力。即该设计紧密模仿天然骨膜的结构和功能，有效地复制其再生微环境。这种类似汉堡包的仿生营养骨膜不仅促进巨噬细胞向促愈合M2表型的转变，而且还增强骨髓间充质干细胞的成骨分化和人脐静脉内皮细胞的血管生成。重要的是，这些效应已在临界尺寸骨缺损模型中得到体内验证，强调了这种仿生营养骨膜作为高级骨修复有效方法的潜力。 5.具有活性氧清除和反应性降解的无因子水凝胶促进糖尿病骨愈合 5.具有活性氧清除和反应性降解的无因子水凝胶促进糖尿病骨愈合 Zhang, Q., Chen, W., Li, G., Ma, Z., Zhu, M., Gao, Q., Xu K., Liu X., Lu W., Zhang W., Wu Y., Shi Z., Su, J. (2024). A Factor‐Free Hydrogel with ROS Scavenging and Responsive Degradation for Enhanced Diabetic Bone Healing. Small, 2306389. https://doi.org/10.1002/smll.202306389 考虑到氧化应激物质（ROS）水平升高会干扰骨髓间充质干细胞（BMSCs）的成骨分化，糖尿病骨缺损的修复仍然面临巨大挑战。在此，报告了一种不含因子的水凝胶，其具备ROS清除和响应性降解特性，可增强糖尿病骨愈合。这些水凝胶包含可被ROS降解的硫噻卡尔（TK）连接基团和紫外线（UV）响应的诺本烯（NB）基团，这些基团与8臂聚乙二醇（PEG）大分子连接，通过UV交联介导的凝胶化形成。当与骨缺损微环境中高水平的ROS反应时，ROS可降解的TK连接基团会被破坏，从而使水凝胶发生响应性降解，促进BMSCs的迁移。此外，通过水凝胶介导的ROS清除作用，ROS水平被降低，从而逆转BMSCs从脂肪生成向成骨表型的分化。因此，在同时清除ROS和水凝胶降解的作用下，创造了一个有利的微环境，从而在糖尿病小鼠模型中有效修复骨缺损，即使未添加生长因子。由此，本研究提出了一种响应性水凝胶平台，能够调节ROS清除和基质降解，应用于骨工程。 6.MMP13 靶向 siRNA 负载胶束用于创伤后骨关节炎的诊断和治疗 6.MMP13 靶向 siRNA 负载胶束用于创伤后骨关节炎的诊断和治疗 Dongyang Zhou , Yan Wei  , Shihao Sheng  , Miaomiao Wang , Jiajing Lv  , Bowen Zhao  , Xiao Chen  , Ke Xu  , Long Bai  , Yan Wu , Peiran Song  , Liehu Cao  , Fengjin Zhou  , Hao Zhang  , Zhongmin Shi , Jiacan Su . MMP13-targeted siRNA-loaded micelles for diagnosis and treatment of posttraumatic osteoarthritis. Bioactive Materials 2024 Apr 23, doi: 10.1016/j.bioactmat.2024.04.010 创伤后骨关节炎（PTOA）患者通常在药物干预效果较差的中后期通过X射线成像进行诊断。早期PTOA的特征是基质金属蛋白酶13（MMP13）过表达。在此，我们构建了一种用MMP13酶可拆卸、含花青素5（Cy5）的PEG、黑洞淬灭剂-3（BHQ3）和cRGD配体修饰并负载siRNA沉默MMP13（siM13）的诊疗胶束，即ERMs@siM13。ERMs@siM13可被病变软骨组织中的MMP13切割以分离PEG壳，导致cRGD暴露。因此，配体暴露通过与细胞表面αvβ3整合素结合，促进了病变软骨细胞对胶束的摄取，增加了细胞内siM13的递送，从而按需下调MMP13。同时，Cy5荧光通过与含BHQ3的胶束分离而恢复，精确反映了病变软骨的状态。特别是，ERMs@siM13的Cy5荧光强度取决于MMP13水平，可以反映PTOA的严重程度，使医生能够调整治疗方案。最后在小鼠PTOA模型中，ERMs@siM13可以诊断早期PTOA，及时干预，并通过实时检测MMP13监测治疗期间OA的进展水平。因此，ERMs@siM13代表了早期PTOA治疗诊断的一种有吸引力的方法。 7.具有可控表面刚性的双网络DNA-丝素水凝胶用于调节软骨分化 7.具有可控表面刚性的双网络DNA-丝素水凝胶用于调节软骨分化 Ziyang Zhou, Peiran Song , Yan Wu , Miaomiao Wang  , Congyi Shen, Zhixin Ma , Xiaoxiang Ren  , Xiuhui Wang , Xiao Chen  , Yan Hu  , Zuhao Li  , Qin Zhang, Mengmeng Li, Zhen Geng , Jiacan Su. Dual-network DNA-silk fibroin hydrogels with controllable surface rigidity for regulating chondrogenic differentiation. Materials Horizons. ( IF 12.2 ). 2024 Jan 3. doi: 10.1039/d3mh01581e. 骨关节炎（OA）是一种以软骨退化为特征的常见关节疾病，由于其高致残率，给个人和社会带来了沉重的负担。然而，由于软骨再生机制尚不明确，目前临床上对软骨缺陷的治疗仍不尽如人意。组织工程水凝胶已成为软骨修复中的一种有吸引力的方法。近期的研究表明，干细胞能够感知水凝胶的机械强度，从而调节它们的分化命运。在本研究中，我们提出了一种创新的双网络DNA-丝素蛋白（SF）水凝胶的构建，其表面刚度可控。通过DNA碱基配对形成的超分子网络，通过限制和聚集SF分子诱导β-折叠结构的发展。随后，通过辣根过氧化物酶（HRP）介导的酶反应交联SF，形成第二个网络。实验结果表明，双网络DNA-SF水凝胶的表面刚度与DNA含量之间存在正相关。有趣的是，观察到具有适度表面刚度的双网络DNA-SF水凝胶在促进骨髓间充质干细胞（BMSCs）的迁移和软骨形成分化方面表现出最高的有效性。转录组测序进一步证实，双网络DNA-SF水凝胶主要通过上调Wnt和TGF-β信号通路，同时加速胶原II的合成，增强BMSCs的软骨形成分化。此外，体内研究表明，具有适度表面刚度的双网络DNA-SF水凝胶显著加速了软骨再生。总之，双网络DNA-SF水凝胶代表了一种有前景的新型软骨再生治疗策略。 8.通过肽手性修饰可调节降解性的可注射骨再生水凝胶 8.通过肽手性修饰可调节降解性的可注射骨再生水凝胶 Weikai Chen , Shihao Sheng, Kai Tan , Sicheng Wang, Xiang Wu , Jiayi Yang, Yan Hu , Liehu Cao , Ke Xu , Fengjin Zhou , Jiacan Su, Qin Zhang, Lei Yang. Injectable hydrogels for bone regeneration with tunable degradability via peptide chirality modification. Materials Horizons. 2024 Jun.26. doi: 10.1039/d4mh00398e. 水凝胶的可降解性在骨骼再生中扮演着关键角色，然而其对骨骼修复过程的确切影响尚不清楚。传统的研究由于使用的水凝胶降解特性变化不足，限制了深入的比较分析。为了填补这一空白，我们的研究介绍了一种基质金属蛋白酶（MMP）响应型水凝胶的开发，这种水凝胶具有可调节的降解速率，专门设计用于骨骼再生应用。这些创新的水凝胶通过将MMP敏感肽序列与降冰片烯（NB）改性的8臂聚乙二醇（PEG）大分子单体整合，形成水凝胶网络。这些水凝胶的降解行为通过所含肽序列的手性来操控，从而被分类为L型、LD型和D型水凝胶。值得注意的是，L型水凝胶在体外和体内都显示出显著增强的降解速率，这反过来通过促进细胞迁移和上调成骨基因表达来促进骨骼再生。这项研究强调了水凝胶可降解性在骨骼修复中的基本作用，并为可降解水凝胶技术在骨骼再生领域的进步奠定了基础，为未来生物材料的发展提供了新的见解和潜力。 9.金属配位自组装纳米工程3d打印支架用于高温催化骨肉瘤治疗和骨再生 9.金属配位自组装纳米工程3d打印支架用于高温催化骨肉瘤治疗和骨再生 Biaotong Huang, Guangfeng Li, Liehu Cao, Shaozhen Wu, Yuanwei Zhang, Zuhao Li, Fengjin Zhou, Ke Xu, Guangchao Wang, Jiacan Su. Nanoengineered 3D-printing scaffolds prepared by metal-coordination self-assembly for hyperthermia-catalytic osteosarcoma therapy and bone regeneration. Journal of Colloid and Interface Science. 2024 Jun.7. doi: 10.1016/j.jcis.2024.06.055 将功能性纳米材料与组织工程支架相结合，已成为同时治疗恶性骨肿瘤和修复切除骨缺陷的有希望的解决方案。然而，在3D打印聚合物支架上实现均匀的生物活性界面，并最小化微观结构异质性，仍然是一个挑战。在本研究中，我们报告了一种简便的金属配位自组装策略，用于在3D打印的聚己内酯（PCL）支架表面工程化，使其具有由Cu离子和2,3,6,7,10,11-六羟基三苯基（HHTP）组成的纳米结构二维共轭金属-有机框架（cMOFs）。通过交替沉积金属离子和HHTP，实现了PCL支架上可调厚度的Cu-HHTP cMOF。所得的复合PCL@Cu-HHTP支架不仅展示了强大的光热转换能力，用于高效消融骨肉瘤（OS），而且还因其细胞友好的亲水界面而促进了骨修复过程。因此，cMOF工程化的双功能3D打印支架在治疗骨肿瘤方面显示出有前途的潜力，提供了连续的抗肿瘤效果和骨再生能力。这项工作还为生物活性支架的界面工程提供了新途径，以满足骨肉瘤相关骨缺陷的多方面需求。 10. 载氰苷a复合水凝胶微球通过缓解软骨细胞炎症治疗骨关节炎 10. 载氰苷a复合水凝胶微球通过缓解软骨细胞炎症治疗骨关节炎 Xingyan An, Fengjin Zhou, Guangfeng Li , Yan Wei, Biaotong Huang, Mengmeng Li, Qin Zhang, Ke Xu , Robert Chunhua Zhao, Jiacan Su . Cyaonoside A-loaded composite hydrogel microspheres to treat osteoarthritis by relieving chondrocyte inflammation. Journal of Materials Chemistry B. 2024.Apr.9. doi: 10.1039/d4tb00294f. 芹菜素A（CyA），源自天然中药蒽草，蒽草在传统中医中长期用于治疗膝部损伤和缓解关节疼痛，但其保护软骨的机制尚不清楚。此外，CyA的水溶性差，不能直接注入关节腔，这限制了其临床应用。本研究表明CyA抵抗了IL-1β介导的软骨生成炎症和凋亡。接下来，使用转录组测序来探索CyA调节MSC软骨形成分化的潜在机制。基于这些发现，开发了载CyA的复合水凝胶微球（HLC），它们具有满意的载药效率、适宜的降解速率和良好的生物相容性。HLC在体外增加了软骨形成代谢基因（Acan、COL2A和SOX9）的表达，同时下调了分解代谢标志物MMP13的表达。在骨关节炎小鼠模型中，HLC通过保护关节软骨的完整性展现出了有希望的治疗能力。总之，本研究为CyA对软骨细胞的调节机制提供了见解，并提出了一种基于复合水凝胶微球的骨关节炎先进治疗策略。 11.仿生可注射水凝胶促骨再生 11.仿生可注射水凝胶促骨再生 Tang, X., Zhou, F., Wang, S., Bai, L., Su, J.（2024）. Bioinspired injectable hydrogels for bone regeneration. https://doi.org/10.1016/j.jare.2024.10.032 骨/软骨缺陷的有效再生仍然是一个重大的临床挑战，每年对数百万人造成不可逆转的损害。自体或人工骨移植等传统疗法往往效果不理想，迫切需要创新的治疗方法。基于生物材料的策略，包括水凝胶和活性支架，已显示出促进骨/软骨再生的潜力。其中，可注射水凝胶近年来因其微创性、形状适应性和受控时空释放而受到广泛关注。本综述系统地讨论了可注射水凝胶的合成、仿生方法（涵盖微环境、结构、成分和生物活性成分启发的策略）及其在各种骨/软骨疾病模型中的应用，从仿生设计的创新角度强调了骨/软骨再生。总而言之，仿生注射水凝胶为促进骨/软骨再生提供了有前途且可行的解决方案，最终为临床应用奠定了基础。此外，还提供了关于人工智能在可注射水凝胶筛选和类器官构建方面的进一步前瞻性方向的见解。 12.可编程骨再生生物材料 12.可编程骨再生生物材料 Song, P., Zhou, D., Wang, F., Li, G., Bai, L., Su, J. (2024). Programmable biomaterials for bone regeneration. Materials Today Bio, 29. https://doi.org/10.1016/j.mtbio.2024.101296 可编程生物材料的特点在于其能够根据需求以周期性、可逆或顺序的方式调整性能和功能。这与传统生物材料不同，后者通常会经历不可逆和无法控制的变化。本文综述了可编程生物材料的关键进展，重点探讨了其设计原则、功能特性以及在骨再生中的应用。文章描绘了从传统生物材料到可编程生物材料的过渡，强调了其在临床和生物安全性方面的提高精度、安全性和控制性的重要性。接着，我们将可编程生物材料分为六大类：基于动态核酸的生物材料、电响应性生物材料、具有可编程特性的生物活性支架、用于靶向骨再生的纳米材料、用于顺序再生的表面工程化植入物，以及刺激响应性释放材料。每一类都分析了其结构特性及其对骨组织工程的影响。最后，本文总结了可编程生物材料所面临的挑战，并建议将人工智能与精准医学相结合，以增强其在骨再生及其他生物医学领域的应用。 13.骨组织工程中的量子点 13.骨组织工程中的量子点 Ding, N., Zhou, F., Li, G., Shen, H., Bai, L., Su, J. (2024). Quantum dots for bone tissue engineering. Materials Today Bio, 28. https://doi.org/10.1016/j.mtbio.2024.101167 面对全球骨骼疾病的普遍性，骨组织工程（BTE）已发展成为一个关键学科，寻求创新材料以革新治疗模式。量子点（QDs）作为具有可调光学特性的纳米级半导体粒子，处于促进骨再生的前沿。本综述全面探讨了量子点在骨组织工程领域的多维作用，强调其不仅在成像技术中具有革命性潜力，还能在成骨、药物递送、抗菌策略和光疗等方面发挥作用。量子点的可定制性，源自其依赖尺寸的光学和电子特性，已被用于开发精确的成像手段，使骨生长和支架整合在前所未有的分辨率下可视化。量子点的纳米尺度有助于靶向药物递送系统，确保药物在局部区域的释放。此外，量子点还具备在骨缺损部位抗击感染的潜力，有效预防和改善细菌感染。量子点还可用于光疗，刺激重要的骨修复过程，并与免疫系统协同作用，改善整体愈合环境。结合当前流行的人工智能（AI）技术，骨类器官的开发也可以与量子点结合使用。尽管量子点在骨组织工程中展现了相当大的前景，但从实验室研究到临床应用的过渡依然面临诸多挑战。关于量子点在生物环境中的生物相容性、长期稳定性以及其生产成本效益的担忧，成为临床应用的主要障碍。本综述总结了量子点在骨组织工程中的潜力，并强调了未来面临的挑战。通过克服这些障碍，将会涌现出更有效、高效且个性化的骨再生策略，为遭受骨疾病困扰的患者带来新的希望。 14.关节软骨修复生物材料：策略与应用 14.关节软骨修复生物材料：策略与应用 Wang, M., Wu, Y., Li, G., Lin, Q., Zhang, W., Liu, H., Su, J. (2024). Articular cartilage repair biomaterials: strategies and applications. https://doi.org/10.1016/j.mtbio.2024.100948 关节软骨损伤是世界范围内的常见疾病，迫切需要有效的治疗。由于缺乏血管和神经，软骨的自我修复能力受到限制。尽管有各种临床治疗方法，但不良预后和并发症仍然普遍存在。然而，组织工程和再生医学的出现引起了人们对使用生物材料进行关节软骨修复的极大兴趣。然而，仍然明显缺乏对各种策略和应用进行深入探索的全面评论。在此，我们从组织工程的角度概述了修复关节软骨的主要生物材料和生物活性物质。这些策略包括再生、替代和免疫调节。我们全面描述了机械支撑支架对细胞行为的影响，揭示了新兴支架技术，包括刺激响应智能支架、3D打印支架和软骨仿生支架。生物活性物质，包括生物活性因子、干细胞、细胞外囊泡和软骨类器官，已被阐明在调节软骨细胞活性中的作用。此外，还明确提出了工业化生产并投入临床使用的复合生物活性支架。这篇综述提供了治疗关节软骨疾病的创新解决方案，并强调了生物材料在临床转化中用于关节软骨修复的潜力。 15.间充质干细胞与牛膝治疗骨关节炎展望 15.间充质干细胞与牛膝治疗骨关节炎展望 Xingyan An, Jiao Wang, Ke Xu, Robert Chunhua Zhao, Jiacan Su. Perspectives on Osteoarthritis Treatment with Mesenchymal Stem Cells and Radix Achyranthis Bidentatae. Aging and Disease. 2023 Sep 19 ,doi: 10.14336/ad.2023.0817 膝骨性关节炎是一种普遍的退行性疾病，它影响着年轻一代，并导致高致残率。自然界常常为我们提供对抗老化和预防疾病的解决方案。间充质干细胞（MSCs）和牛膝（AB）是两种具有潜力的天然物质。MSCs能够转化为各种组织，通过释放因子和miRNA来缓解症状，可能有助于延缓骨性关节炎的进展。AB的成分能够靶向膝关节细胞，改善内部环境和关节功能。MSCs和AB都具有免疫调节、减少软骨细胞凋亡、促进软骨细胞形成和解决骨质疏松症的机制。它们还影响雌激素和肠道菌群。本文综述了它们在治疗骨性关节炎中的作用，讨论了减少细胞凋亡、软骨细胞生长、骨骼增强、血管生成以及雌激素和肠道菌群的调节。文章探讨了它们之间的关系，并提出了AB在激发间充质干细胞修复治疗膝骨性关节炎方面的潜力。