如何有效構(gòu)建缺血性疾病中的血管再生是目前臨床醫(yī)學(xué)面臨的重大難題之一。然而，目前大多數(shù)研究主要集中在外源性生長因子和種子內(nèi)皮細胞的使用。外源性生長因子的使用往往伴隨著高成本及潛在致瘤風(fēng)險等缺點，而通過實現(xiàn)培養(yǎng)內(nèi)皮細胞構(gòu)建預(yù)血管化支架很難與宿主血管完整吻合以行使血管功能。
材料植入體內(nèi)后會引起炎性反應(yīng)，其分泌的內(nèi)源性生長因子對募集內(nèi)皮細胞并誘導(dǎo)血管新生至關(guān)重要。然而，不可控的炎性反應(yīng)同樣會引起瘢痕組織的形成并阻礙新生血管的長入和損傷修復(fù)。而通過材料本身的生物學(xué)效應(yīng)可控調(diào)節(jié)體內(nèi)微環(huán)境，有效誘導(dǎo)原位血管化的形成及其作用機制尚無報道。
基于此，華東理工大學(xué)劉昌勝院士和王靖教授課題組發(fā)現(xiàn)了類肝素多糖磺化殼聚糖（SCS）在無外源性生長因子的參與下，通過調(diào)控巨噬細胞內(nèi)源性生長因子的分泌可有效誘導(dǎo)缺血下肢中功能性血管的重建及貫通血流的恢復(fù)（圖1），并詳細解析了其作用機制。這一研究成果以題為“Sulfated polysaccharide directs therapeutic angiogenesis via endogenous VEGF secretion of macrophages”發(fā)表在Science Advances上。
圖1. SCS促進小鼠下肢缺血模型中的血管新生
作者首先考察了材料本身的化學(xué)結(jié)構(gòu)對誘導(dǎo)缺血組織中血管新生的影響，通過比較聚苯乙烯磺酸鈉（PSS，非糖鏈磺化聚合物）、羧化殼聚糖（CCS，負電荷糖化合物）、殼聚糖季銨鹽（HACC，正電荷糖化合物）、肝素（Hep，天然磺化糖聚合物）以及磺化殼聚糖（SCS）后發(fā)現(xiàn)磺酸基團和糖鏈結(jié)構(gòu)對誘導(dǎo)血管新生均十分重要，兩者缺一不可（圖2）。另外，肝素由于其抗凝血性能的存在，其會抑制部分功能性血管的形成。
圖2. 聚合物在缺血環(huán)境中促血管新生特性
圖3. SCS刺激M2型巨噬細胞的募集
進一步地，作者發(fā)現(xiàn)SCS調(diào)控血管新生主要與巨噬細胞有關(guān)，其可有效募集M2型巨噬細胞并誘導(dǎo)其分泌血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）（圖3）。為了更好的佐證SCS誘導(dǎo)血管新生是否完全由巨噬細胞引起，作者使用Anti-F4/80抗體清除了小鼠外周血中的巨噬細胞，結(jié)果發(fā)現(xiàn)VEGF的分泌量和血管新生量均被顯著破壞（圖4）。而外源性VEGF的添加在一定程度上可以補償巨噬細胞缺失所造成的血管新生能力弱化。因此，SCS主要通過介導(dǎo)巨噬細胞分泌內(nèi)源性VEGF來促進血管新生。
圖4. 耗竭巨噬細胞損害VEGF介導(dǎo)的血管新生
最后，為了更好的驗證SCS調(diào)控巨噬細胞誘導(dǎo)血管新生的作用機制。作者將SCS與原代小鼠腹腔巨噬細胞體外共培養(yǎng)后，分別對內(nèi)皮細胞出芽、遷移以及動脈環(huán)微血管新生進行了評價。結(jié)果顯示SCS與巨噬細胞共培養(yǎng)的條件培養(yǎng)基可顯著上調(diào)內(nèi)皮細胞表面VEGFR2磷酸化的表達并促進血管化相關(guān)行為的發(fā)生。而在條件培養(yǎng)基中分別加入VEGF抗體和VEGFR2抑制劑會明顯削弱這種促進作用（圖5）。
圖5. SCS調(diào)控巨噬細胞誘導(dǎo)血管新生機理研究
以上結(jié)果表明，磺化糖類化合物能有效促進巨噬細胞向M2極化，刺激其分泌內(nèi)源性VEGF并誘導(dǎo)缺血組織中血管新生。為未來新型促血管化材料的設(shè)計及制備提供了新思路。
華東理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院博士后俞遠滿是該成果的第一作者，華東理工大學(xué)王靖教授、劉昌勝院士是通訊作者。該成果得到了國家自然科學(xué)基金委、創(chuàng)新群體、111引智計劃等基金的資助。
論文鏈接：https://advances.sciencemag.org/content/7/7/eabd8217
