《Bioactive Materials》：Tissue-specific matrix-bound nanovesicles regulate the immunoregulatory progress of biological mesh-aided abdominal hernia repair
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腹壁疝修复中生物补片的免疫调节机制尚不明确。本研究从临床上使用的小肠黏膜下层(SIS)和膀胱基质(UBM)生物补片中分离出基质结合纳米囊泡(MBV)，探究其在修复过程中的差异化免疫调节功能。结果发现，SIS来源的MBV通过激活ERK1/2促进血管生成，而UBM来源的MBV则通过TGF-β1信号通路诱导抗炎巨噬细胞极化。在大鼠腹壁缺损模型中，UBM-SIS补片早期炎症更轻，而SIS补片后期则转向抗炎状态并促进组织整合。本研究揭示了组织特异性MBV的免疫调节作用，为开发新一代功能性生物补片提供了新视角。
腹壁疝是一种常见的外科疾病，其修复常需借助补片。在临床应用中，生物补片（一种来源于猪细胞外基质(ECM)的材料）在清洁-污染或污染环境下显示出令人鼓舞的效果，但它们在免疫学性能和长期耐久性上的差异，使其应用仍受限于特定场景。这背后一个关键但常被忽视的角色，是深嵌在ECM基质中的基质结合纳米囊泡(MBV)。它们是ECM中固有的纳米级生物活性信号库，在ECM降解时会释放，调控细胞行为，但其在生物补片辅助疝修复中的具体作用，尤其是与组织来源相关的特异性功能，仍不清楚。
为了解开这个谜题，来自上海交通大学医学院附属第九人民医院普外科的张北礼(Beili Zhang)、刘嘉杰(Jiajie Liu)等研究人员开展了一项研究，并发表在《Bioactive Materials》上。他们从临床常用的两种生物补片——纯小肠黏膜下层(SIS)补片和表面覆有膀胱基质(UBM)的SIS复合补片(UBM-SIS)——中分离出MBV，系统比较了它们在细胞水平和动物模型中的免疫调节功能差异，揭示了这些纳米囊泡如何像“信使”一样，在时间和空间上精细调控宿主的修复过程。
本研究主要运用了以下关键技术方法：首先，通过扫描电子显微镜(SEM)、纳米颗粒追踪分析(NTA)、透射电子显微镜(TEM)和蛋白质印迹法(Western Blot)对补片结构和分离的MBV进行表征与鉴定。其次，利用细胞活力检测(CCK-8)、活/死染色、免疫荧光染色等手段评估了补片的生物相容性、生物活性及细胞浸润情况。接着，通过体外巨噬细胞极化模型、血管生成实验(内皮细胞成管)以及信号通路蛋白分析(如Western Blot检测NF-κB、STAT3、ERK1/2、AKT、TGF-β/Smad等通路)，探究了不同来源MBV对免疫细胞、内皮细胞和成纤维细胞的功能影响。最后，在大鼠腹壁全层缺损模型中植入补片，通过宏观观察、组织学染色(H&E、Masson)、免疫荧光(检测CD11b、CD68、CD86、CD206、CD31、α-SMA、胶原等)、酶联免疫吸附试验(ELISA)、实时定量聚合酶链反应(RT-qPCR)以及RNA测序(RNA-Seq)等多种技术，系统评估了补片在体内的炎症免疫反应、血管生成、ECM重塑及力学性能，并分析了其潜在的分子机制。
2.1. 补片的表征
研究人员首先对两种补片进行了全面表征。SEM显示两者都具有多层、致密的结构，UBM-SIS补片比纯SIS补片更厚。生物相容性实验表明，UBM-SIS表面具有更好的细胞活性和粘附性。生物活性分析发现，UBM组分促进了成纤维细胞和平滑肌细胞(SMC)的粘附与功能表达，而SIS组分则更有利于内皮细胞(HUVEC)的表型和更深度的细胞浸润。对补片中生长因子和细胞因子的分析显示，SIS富含血管内皮生长因子(VEGF)、碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)和表皮生长因子(EGF)，而UBM-SIS则含有更高水平的转化生长因子-β1(TGF-β1)。
2.2. MBVs的鉴定
通过酶消化和超速离心等方法成功从两种补片中分离出MBV。TEM显示它们具有典型的球形或杯状形态。NTA分析表明其粒径分布相似。值得注意的是，蛋白质印迹分析显示，与经典的细胞来源外泌体不同，这些MBV不表达CD63、CD81、CD9和HSP70等典型外泌体标志物，提示它们可能代表一种独特的囊泡亚型。
2.3. MBVs的功能评估
体外细胞实验揭示了MBV的组织特异性功能。SIS MBV处理显著增强了内皮细胞的CD31表达和体外成管能力，显示出促血管生成活性。相反，UBM-SIS MBV处理则促进了成纤维细胞和平滑肌细胞中TGF-β1和胶原的表达以及细胞骨架组织，显示出更强的促基质重塑潜力。
2.4. 巨噬细胞极化的调控
在巨噬细胞极化实验中，研究人员发现，在脂多糖(LPS)和干扰素-γ(IFN-γ)刺激的促炎环境下，UBM-SIS MBV处理能更有效地抑制诱导型一氧化氮合酶(iNOS)的表达，并促进精氨酸酶-1(Arg-1)的表达，表明其能推动巨噬细胞向抗炎(M2样)表型极化。进一步的信号通路分析表明，UBM MBV能抑制NF-κB p65的磷酸化，并激活STAT3信号，这与其抗炎功能相符。而SIS MBV则能更强地激活内皮细胞中的ERK1/2和AKT信号通路，与其促血管生成作用一致。
2.5. 动物体内实验：宏观与组织学分析
将补片植入大鼠腹壁全层缺损模型，观察8周。宏观上，SIS补片在术后1周引起了更明显的腹腔粘连。组织学显示，SIS补片早期（1周）引发了更强烈的炎症细胞浸润，而UBM-SIS补片的早期炎症反应较轻。然而，到第4周，随着补片降解和内部SIS层的暴露，UBM-SIS组的炎症反应增强，而SIS组的炎症则已减弱并转向修复状态。
2.6. 炎症与免疫反应
对植入1周后血清和局部组织的分析证实，SIS组促炎细胞因子（如TNF-α、IL-6）水平更高，而UBM-SIS组抗炎细胞因子（如TGF-β1、IL-10）水平更高。免疫荧光染色显示，SIS补片早期招募了更多的CD11b+粒细胞和CD68+CD86+的促炎(M1样)巨噬细胞。到第4周，SIS补片区域的巨噬细胞表型转变为以CD206+的抗炎(M2样)为主，比例高于UBM-SIS组。这种动态变化与不同MBV的时空释放模式密切相关：UBM-SIS补片早期释放UBM MBV诱导抗炎环境，后期暴露的SIS层释放SIS MBV则可能加剧炎症。
2.7. 血管生成
血管生成评估显示，SIS补片在修复早期（1周）和后期（8周）都表现出更强的促血管生成能力，在界面和中心区域形成了更多、更成熟的（α-SMA+/CD31+）血管。这与SIS MBV在体外激活ERK1/2通路促血管生成的结果一致。而UBM-SIS补片由于MBV释放的时空顺序问题，其血管成熟度和稳定性受到影响。
2.8. ECM重塑
植入8周后，对ECM重塑的分析表明，UBM-SIS补片在界面区域诱导了更显著的胶原I和胶原III沉积，并且胶原纤维的排列更有序、各向异性更高，同时伴随更高的TGF-β1和α-SMA表达。这表明UBM组分有利于形成一个更有利于基质有序重塑的微环境。
2.9. 力学性能
力学测试显示，虽然植入前SIS补片本身具有更高的极限拉伸强度，但植入8周后，UBM-SIS补片修复部位展现出了更优的力学强度。不过，两种补片修复后的力学性能仍仅与人体腹壁的腹膜、横筋膜等结构相当，低于腹直肌前后鞘的水平。
2.10. 机制探究
对植入1周后组织的RNA测序分析进一步从分子层面揭示了差异。与SIS组相比，UBM-SIS组中与炎症、趋化因子信号、NF-κB通路、中性粒细胞胞外陷阱(NET)形成等相关的基因表达显著下调。这从转录组水平证实了UBM-SIS补片在早期能诱导一个更受调控、炎症更轻的免疫反应。
本研究通过系统的体外和体内实验，首次阐明并对比了来源于不同组织（SIS与UBM）的基质结合纳米囊泡(MBV)在生物补片辅助腹壁疝修复中的差异化免疫调节作用。研究发现，SIS来源的MBV主要发挥促血管生成作用，但也会引发更强的早期炎症反应；而UBM来源的MBV则擅长诱导抗炎巨噬细胞极化，促进ECM的有序沉积。在复合补片(UBM-SIS)中，这两种MBV会根据补片降解的时空顺序先后释放，从而动态调控修复局部的免疫微环境：早期以UBM MBV为主导的抗炎阶段，后期随着SIS层暴露，转为受SIS MBV影响的阶段。
这项研究的意义重大。它首次将ECM的生物活性部分归因于其内部嵌入的、具有组织特异性的纳米囊泡——MBV。这为理解生物材料与宿主相互作用的“黑箱”提供了全新的纳米尺度视角。研究揭示的MBV功能多样性及其时空释放模式，为精准设计下一代功能性生物补片提供了革命性的思路。例如，可以通过工程化手段调控MBV的释放动力学，或将具有特定功能的MBV作为活性成分整合到新型补片中，从而实现对修复过程（如炎症控制、血管生成、基质重塑）的主动、程序化调控，最终提升腹壁疝乃至其他组织修复的临床效果。尽管MBV的精确鉴定、标准化分离以及长期体内命运仍是未来需要攻克的挑战，但本研究无疑为开发基于ECM纳米信息的新型再生医学策略奠定了重要的理论基础。
