硅胶诱导的肌肉内生物膜的空间异质性及其对施万细胞（Schwann cells）的功能保护作用

《Tissue and Cell》：Spatial Heterogeneity in the Silicone-Induced Intramuscular Biological Membrane and Its Functional Protection of Schwann Cellsv

　　

王军|毛东|戴北晨|芮永军

苏州大学附属无锡第九人民医院手外科；中国江苏省无锡市214000

摘要

硅胶诱导的生物膜与局部微环境及其促再生能力之间的关系尚未得到充分研究。本研究旨在探讨这些肌肉内膜的空间异质性，并阐明它们支持周围神经修复的潜在机制。在大鼠坐骨神经缺损模型中，硅胶棒被植入三个不同位置：神经缺损处、神经旁边以及远离神经的肌肉组织深处。通过宏观观察、组织学、Western blotting和免疫组化技术在多个时间点对膜进行了分析。结果显示，该膜具有双层结构，内层类似滑膜，外层富含胶原蛋白和成纤维细胞。膜厚度随时间增加，在8周时达到稳定。观察到一个明显的空间梯度：在6周时，血管化程度（通过CD31染色评估）和关键神经营养因子（NGF、GDNF、VEGF）的含量在神经缺损处最高，在远离神经的肌肉组织中最低。VEGF与成纤维细胞标志物Vimentin的共定位表明成纤维细胞可能是VEGF的潜在来源。在补充的体外研究中，与膜共同培养的施万细胞在缺氧胁迫下能够抑制凋亡、促进迁移并减少氧化损伤，同时保持线粒体功能。综上所述，硅胶诱导的生物膜是一种异质性生物活性结构。其在靠近神经残端时的最大促再生潜力很可能由成纤维细胞产生的神经营养因子（包括VEGF）介导。此外，该膜还能直接为施万细胞提供多方面的细胞保护，凸显其作为周围神经再生支持性微环境的潜力。

引言

创伤性周围神经损伤（PNI）是一个全球性的临床问题，带来了巨大的社会经济成本，而长段周围神经缺损的功能恢复仍是PNI管理中的最大挑战（Asthana等人，2021年；Sayanagi等人，2020年；Wieringa等人，2018年）。Lundborg和Hansson在1979年首次描述了在体内放置硅胶植入物用于神经缺损修复时形成的“假滑膜鞘”（Lundborg和Hansson，1979年）。后续研究表明，这种硅胶诱导的假滑膜鞘作为血管化生物膜可以改善大鼠的神经缺损并加速移植神经的再生（Starks等人，2022年；Takeuchi等人，2022年；Takeya等人，2023年；Yapici等人，2017年）。然而，对于需要二次神经移植的长段神经缺损患者，目前尚不清楚在初次手术中哪种植入位置（神经缺损处、神经旁边或远离神经的肌肉深处）最为理想，且植入位置对膜生物活性的影响尚未明确。

Masquelet等人首次建立的诱导膜技术已被广泛用于大骨缺损的重建（Masquelet和Begue，2010年）。最新研究表明，硅胶橡胶可以防止纤维组织进入骨折端，并通过软骨内骨形成促进长管状骨的自愈（Gu等人，2023年）。诱导膜的关键生物学特性（如微血管密度和厚度）直接受周围组织微环境的影响（Liu等人，2013年）。在周围神经领域，将硅胶棒植入坐骨神经可以生成一个血管化的生物管道，该管道与无细胞神经移植物结合使用可显著促进大鼠PNI后的轴突再生和功能恢复（Takeuchi等人，2022年）。越来越多的证据表明，诱导膜的血管化程度和分泌的神经营养因子谱型高度依赖于其周围的微环境和解剖植入位置（Henrich等人，2016年）。先前的研究证实，硅胶诱导的生物膜在皮下和骨缺损部位分泌的血管内皮生长因子（VEGF）水平存在差异（de Monès等人，2015年；Sagardoy等人，2018年）。

基于上述研究，我们假设肌肉中硅胶棒诱导的生物膜的组织学特征和成分与神经缺损处、缺损旁边以及远离神经的肌肉深处的微环境相关。为了验证这一假设，本研究调查了这三个不同位置的生物膜的组织学特征和成分。我们的研究结果为利用硅胶棒诱导的生物膜改善神经缺损提供了潜在的希望。

章节摘录

抗体和材料

抗神经生长因子（NGF；ab271277，Abcam）、VEGF（ab214424，Abcam）、胶质细胞来源的神经营养因子（GDNF；ab244211，Abcam）、GAPDH（ab8245，Abcam）和Vimentin（ab92547，Abcam）均购自Abcam（英国）。抗CD31（28083-1-AP）、BAX（50599-2-Ig）、Bcl2（26593-1-AP）、Caspase 3（19677-1-AP）和β-Tubulin（10094-1-AP）的一抗均购自Proteintech Group, Inc.（美国）。以下试剂盒购自Beyotime Biotechnology（中国）：

一般观察

如图2所示，生物膜并未与周围组织分离，而是与其相连，且在生物膜表面可以看到类似血管的结构。在6周时，生物膜表面的血管化程度最为明显，这与同一时间点神经缺损处的血管化程度相当。6周时生物膜的厚度与8周时相似，两者之间没有显著差异。

讨论

硅胶棒诱导的肌肉内生物膜类似于机体对异物（如聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥）的免疫反应所形成的诱导膜（Cui等人，2018年）。先前的研究指出，在骨缺损处形成的诱导膜含有成骨细胞和破骨细胞，而在皮下形成的诱导膜则不含这些细胞（Henrich等人，2016年）。此外，局部环境对

伦理批准

所有动物实验均遵循苏州大学附属无锡第九人民医院动物护理和使用委员会的批准进行（批准编号KS2023059）。

资金支持

本研究得到了“太湖人才计划”（TTPJY2021）无锡顶级医疗专家团队的支持。

CRediT作者贡献声明

戴北晨：数据整理、概念构思。毛东：软件开发、方法学设计、数据整理、概念构思。王军：初稿撰写、验证、监督、软件开发、方法学设计、实验研究、数据分析、数据整理、概念构思。芮永军：修订与编辑、监督、资源协调、项目管理、资金申请、概念构思。

利益冲突

所有作者均声明在手稿中没有潜在的利益冲突。

致谢

不适用。