《npj Regenerative Medicine》：Spatiotemporal dynamics and regulation of suture morphology and collagen remodeling during trans-sutural distraction osteogenesis
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本研究针对中面部发育不全的治疗难题，聚焦经骨缝牵张成骨（TSDO）过程中细胞外基质（ECM）重塑机制不明确的关键问题，通过多组学分析和功能验证，首次揭示了机械力驱动下巨噬细胞通过PDGF信号通路调控 suture mesenchymal stem cells（SuSCs）胶原重塑的时空动态规律，为优化颅面再生治疗策略提供了新的理论依据。
中面部发育不全（midfacial hypoplasia）是颅面畸形中常见的临床表现，常伴随腭裂等先天性异常，导致患者面部外观异常、咀嚼功能受损等系列问题。传统手术治疗创伤大、风险高，而经骨缝牵张成骨（trans-sutural distraction osteogenesis, TSDO）作为一种创新性的力学生物学技术，通过施加可控的机械力刺激颅缝组织，在实现骨骼延长的同时有效降低了手术风险。然而，尽管细胞外基质（extracellular matrix, ECM）作为力学微环境的核心组分，在机械信号传导中起着关键作用，但TSDO过程中ECM特别是胶原纤维的重塑规律及其调控机制仍是未解之谜。
为破解这一难题，林志宇、陈玉杰等研究团队在《npj Regenerative Medicine》上发表了最新研究成果。研究人员综合运用第二谐波成像（second harmonic generation, SHG）、单细胞RNA测序（single-cell RNA sequencing, scRNA-seq）等前沿技术，首次系统描绘了TSDO过程中颧上颌缝（zygomatico-maxillary suture, ZMS）胶原网络的时空动态变化，并揭示了巨噬细胞通过PDGF信号通路调控 suture mesenchymal stem cells（SuSCs）胶原重塑的新机制。
关键技术方法包括：建立小鼠TSDO模型并开展 Micro-CT 动态扫描；采用SHG成像定量分析胶原纤维各向异性等参数；通过 bulk RNA-seq 和 scRNA-seq 解析转录组动态变化；利用体外细胞牵拉模型验证机械力对 SuSCs 和巨噬细胞的影响；通过巨噬细胞清除实验验证 PDGF 信号通路功能（样本来源：4周龄雄性C57BL/6J小鼠）。
1. Morpho-dynamic features of mechano-oriented collagen remodeling post-TSDO
研究人员成功建立了小鼠TSDO模型，发现机械力不仅引起骨缝增宽，还诱导胶原纤维发生方向性重排。SHG成像显示，对照组胶原纤维呈无序分布，而TSDO组胶原纤维在牵张力方向（±40°范围内）呈现显著平行排列。定量分析表明各向异性、熵值显著降低，逆差矩（inverse difference moment, IDM）显著升高，证实机械力驱动胶原纤维从无序向有序转变。
2. Multi-omics analysis investigates ZMS-mediated regulation of cellular subpopulations and potential mechanisms
转录组分析发现TSDO第3天差异表达基因数量最多，GO富集显示ECM重塑和免疫相关通路激活。单细胞测序鉴定出11个细胞亚群，其中成纤维样细胞和巨噬细胞比例变化最为显著。进一步亚群分析将成纤维样细胞分为Dcn+和Adgrf5+两个亚群，Dcn+细胞高表达胶原基因且比例在TSDO后增加10%，主要富集在矿化和ECM重塑通路。
3. Cell-cell communication analysis reveals potential collagen regulatory mechanisms between macrophages and fibroblast-like cells
细胞互作分析发现巨噬细胞与成纤维样细胞间存在强烈的PDGF信号交流。免疫荧光显示TSDO后M2型巨噬细胞（CD206+）显著增加，主要沿骨缝中线分布。
4. The PDGF signaling pathway mediates macrophage-regulated collagen expression in SuSCs
体外实验证实机械牵拉可上调巨噬细胞PDGF配体表达，条件培养基能显著促进SuSCs胶原基因（Col1a1、Col1a2等）表达。PDGF-BB处理进一步增强SuSCs的迁移能力和胶原合成。
5. Macrophage elimination impairs PDGF signaling and collagen remodeling in ZMS
巨噬细胞清除实验证实，缺失巨噬细胞后尽管骨缝仍可增宽，但胶原纤维排列紊乱，成骨前沿不连续，PDGF-B和PDGFRα表达显著下调，表明巨噬细胞来源的PDGF信号是胶原有序重塑的必要条件。
这项研究首次系统阐释了TSDO过程中"机械力-巨噬细胞-PDGF信号-SuSCs-ECM重塑"的级联调控机制，不仅深化了对颅面力学生物学的理解，更为开发靶向PDGF通路的骨再生治疗策略提供了新思路。研究揭示的胶原纤维方向性重塑规律为生物材料设计提供了仿生学依据，而巨噬细胞-SuSCs互作机制的解析则为调控组织再生微环境指明了新方向。该研究成果对推动颅面畸形治疗的精准化发展具有重要理论价值和临床意义。
