基于蜕膜化赋能细胞外基质水凝胶联合缓释胸腺素β4促进宫腔粘连中子宫内膜功能重建的研究

《Nature Communications》：Decidualization-empowered ECM hydrogel integrating sustained Tβ4 release drives endometrial regeneration in intrauterine adhesions

本研究针对宫腔粘连（IUA）导致的子宫内膜纤维化及不孕难题，开发了一种复合水凝胶疗法。该疗法通过整合具有蜕膜化特征的子宫脱细胞基质（DEndo-UdECM）与缓释抗纤维化肽Tβ4的PLGA微球，在小鼠IUA模型中单次给药即可显著恢复子宫内膜结构、抑制纤维化，并实现近乎完全的生育功能重建。其机制涉及巨噬细胞向M2表型重编程、双重抑制细胞焦亡通路与TGF-β/Smad3纤维化信号轴。该研究为功能性子宫修复提供了创新策略。

　　

宫腔粘连（Intrauterine Adhesions, IUA）是导致女性不孕的主要原因之一，其本质在于子宫内膜损伤后修复失衡，从生理性再生转向病理性纤维化瘢痕形成。现有临床治疗如宫腔粘连分离术辅以激素疗法或物理屏障，虽能暂时恢复宫腔形态，但复发率高且难以重建生育功能，根源在于未能逆转子宫微环境中的促纤维化病理状态。这一治疗困境呼唤能够同时促进组织再生并抑制纤维化的新型生物材料策略。

在此背景下，山西医科大学研究团队于《Nature Communications》发表论文，提出了一种“蜕膜化赋能”的智能水凝胶系统。研究团队假设，模拟生理性蜕膜化（一种类似于无瘢痕愈合的过程）的细胞外基质（Extracellular Matrix, ECM）可能蕴含独特的促再生信号。为此，他们从人工诱导蜕膜化的小鼠子宫中提取脱细胞基质（DEndo-UdECM），并通过蛋白质组学分析证实其相较于正常子宫基质（CEndo-UdECM）在促血管生成、伤口愈合及负调控TGF-β信号通路等相关蛋白表达上显著富集。进而，他们将具有抗纤维化、促血管生成及免疫调节活性的胸腺素β₄（Thymosin β₄, Tβ₄）封装于聚乳酸-羟基乙酸共聚物（Poly(lactic-co-glycolic acid), PLGA）微球中，实现持续释放，并将其均匀分散于DEndo-UdECM前体溶液中，形成复合水凝胶（DEndo-UdECM/Tβ₄@PLGA）。该水凝胶具有良好的可注射性、温敏凝胶特性及与组织修复相匹配的降解速率。

为验证其疗效，团队建立了小鼠乙醇损伤IUA模型。结果显示，单次施用DEndo-UdECM/Tβ₄@PLGA水凝胶能显著促进子宫内膜厚度和腺体数量的恢复，并有效减少胶原沉积，抑制纤维化标志物α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA）和I型胶原（COL1）的表达。更重要的是，治疗组小鼠的胚胎着床数和活产率均接近假手术组，后代发育正常。机制研究表明，该水凝胶能重塑损伤局部的免疫微环境，促使巨噬细胞由促炎的M1表型（CD86⁺, iNOS⁺）向促修复的M2表型（Arg-1⁺, CD206⁺）极化；同时，双重抑制了细胞焦亡（Pyroptosis）关键执行蛋白GSDMD-NT的活化及下游炎症因子IL-1β、IL-18的释放，以及TGF-β1/Smad3信号通路的活化。此外，水凝胶治疗还恢复了子宫内膜容受性相关分子（如PR、ERα、OPN、Integrin β₃）的表达，并降低了抗黏附分子MUC1的水平。安全性评估证实该水凝胶系统无全身毒性，局部生物相容性良好。

关键实验技术概述

研究运用了小鼠人工蜕膜化模型构建与验证、子宫组织脱细胞化及基质水凝胶制备、PLGA微球载药与缓释系统构建、水凝胶理化性质表征（流变学、扫描电镜等）、蛋白质组学分析、细胞功能实验（增殖、迁移、血管生成）、小鼠IUA模型建立、组织形态计量学、免疫荧光/组化、Western blot、流式细胞术分析巨噬细胞表型以及生育力评估等关键技术。

研究结果详述

蜕膜化子宫ECM（DEndo-UdECM）的特征

研究首先成功建立并验证了小鼠子宫蜕膜化模型。与对照组相比，蜕膜化子宫在形态学（长度、面积、重量显著增加）和分子标志物（CD31、PR、PCNA、HAND2表达上调）上均发生显著变化。对蜕膜化子宫内膜进行脱细胞处理后得到的DEndo-UdECM，有效去除了细胞成分（DNA残留量降低>98%），并保留了关键的ECM蛋白（如Collagen I, Collagen IV, Fibronectin）及其空间结构。蛋白质组学分析进一步揭示，DEndo-UdECM的基质体（Matrisome）组成发生显著重塑，其在糖蛋白、分泌因子、ECM调节剂等类别中显著富集，且GO分析显示这些上调蛋白与“伤口愈合”、“血管生成”及“TGF-β信号通路负调控”等生物学过程密切相关。

DEndo-UdECM/Tβ₄@PLGA复合水凝胶的构建与表征

研究采用W/O/W双乳液法制备了Tβ₄@PLGA微球，粒径均一，包封效率达76.2%。将微球均匀分散于DEndo-UdECM前体溶液中形成复合水凝胶。该水凝胶表现出剪切稀化行为，便于注射，并在37°C下约52秒发生溶胶-凝胶转变，形成具有适宜力学性能（储能模量G'约1.0-1.3 kPa）的多孔支架。体外释放实验表明，复合水凝胶能有效减缓Tβ₄的突释，实现长达10天的持续释放，与 hydrogel 约14天的降解周期相匹配。

体外生物学功能验证

体外实验表明，DEndo-UdECM水凝胶本身具有良好的细胞相容性，并能显著促进子宫内膜上皮细胞（Ishikawa）增殖、基质细胞迁移以及人脐静脉内皮细胞（HUVEC）的成管能力，其效果优于CEndo-UdECM和明胶对照组。同时，在TGF-β1诱导的子宫内膜基质细胞纤维化模型中，Tβ₄处理能有效抑制α-SMA、COL1A1等纤维化标志物的表达，验证了其抗纤维化功能。

体内治疗效能与机制探讨

在乙醇损伤的小鼠IUA模型中，DEndo-UdECM/Tβ₄@PLGA水凝胶治疗组表现出最显著的子宫内膜结构修复（内膜增厚、腺体再生）和纤维化抑制效果。其促进功能恢复的核心机制包括：1）免疫微环境重编程：促使巨噬细胞向M2表型极化，降低M1/M2比值；2）双重抑制病理通路：同时抑制细胞焦亡相关炎症反应（降低GSDMD-NT、caspase-1、IL-1β、IL-18）和TGF-β1/Smad3纤维化信号通路；3）激活内源性再生程序：增强上皮再生（pan-CK）、干细胞/祖细胞标志（ALDH1A1）、血管生成（CD34）和细胞增殖（Ki67）；4）恢复子宫内膜容受性：上调促植入分子（PR、ERα、OPN、Integrin β₃），下调抗容受分子（PCNA、MUC1）。最终，治疗组小鼠的生育能力得到近乎完全的恢复。

结论与意义

该研究成功开发了一种基于蜕膜化ECM与缓释Tβ₄的复合水凝胶疗法，通过多靶点协同作用，有效逆转了IUA的病理进程，实现了子宫内膜的结构与功能重建。这不仅为IUA的治疗提供了具有临床转化潜力的新策略，更重要的是提出了“模拟生理性智能微环境”的组织工程新范式，为解决其他复杂纤维化疾病提供了借鉴。