转录组与细胞外基质力学重塑的耦合揭示脊髓损伤中的机械转导通路

脊髓损伤（SCI）会导致由胶质性和纤维化成分构成的慢性瘢痕形成，严重限制神经再生和功能恢复。尽管瘢痕组成已被广泛研究，但组织力学的时空演变及其在调控损伤后反应中的作用仍知之甚少。在此，我们提出了对严重胸段挫伤后脊髓重塑的整合性力学生物学与多组学分析。通过采用原子力显微镜（AFM）进行纳米压痕和黏弹性测量，我们证明，SCI会诱导一种动态力学反应，其特征为急性期组织迅速软化，并在损伤后1个月达到最低点，随后逐渐硬化，这与6个月时慢性瘢痕成熟相关。整体RNA测序显示，早期力学软化与炎症通路和基质降解通路的强烈激活相一致，而慢性硬化则与胶原合成、细胞外基质（ECM）组织以及纤维化重塑通路的上调相关。与此同时，机械转导调控因子表现出时间上协调的激活，表明细胞能够动态感知并响应不断演变的力学线索。黏弹性分析进一步显示，慢性瘢痕组织表现出更高的刚度和延长的松弛动力学，反映出致密胶原沉积和蛋白聚糖积累，从而强化了一个在力学上具有限制性的微环境。综上，这些发现确立了损伤后瘢痕是一个动态的力学生物学系统，在该系统中，不断演变的组织力学、黏弹性和机械转导共同调控ECM重塑，最终导致再生失败。本研究为SCI进展提供了一个全面的力学生物学框架，并强调了基于力学认知的治疗策略的潜力，此类策略旨在调控瘢痕力学特性以促进组织修复。

脊髓损伤（SCI）会导致形成由胶质和纤维化成分构成的慢性瘢痕，严重限制神经再生和功能恢复。尽管瘢痕组成已得到广泛研究，但组织力学的时空演变及其在调控损伤后反应中的作用仍知之甚少。在此，我们提出了对严重胸段挫伤后脊髓重塑的整合性力学生物学与多组学分析。通过利用原子力显微镜（AFM）进行纳米压痕和黏弹性测量，我们证明SCI会诱导一种动态的力学反应，其特征为急性期组织迅速软化，并在损伤后1个月达到最低点，随后逐渐变硬，这一过程与6个月时慢性瘢痕成熟相关。整体RNA测序显示，早期力学软化与炎症及基质降解通路的强烈激活相一致，而慢性变硬则与胶原合成、细胞外基质（ECM）组织及纤维化重塑通路的上调相关。同时，机械转导调控因子表现出时间上协调的激活，表明细胞能够动态感知并响应不断变化的力学线索。黏弹性分析进一步显示，慢性瘢痕组织表现出更高的刚度和延长的松弛动力学，反映出致密胶原沉积和蛋白聚糖积累，从而强化了一个在力学上具有限制性的微环境。总之，这些发现确立了损伤后瘢痕是一个动态的力学生物学系统，在该系统中，不断演变的组织力学、黏弹性和机械转导共同调控ECM重塑，最终导致再生失败。本研究为SCI进展提供了一个全面的力学生物学框架，并强调了发展基于力学认知的治疗策略的可能性，这类策略旨在调节瘢痕力学性质以促进组织修复。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.07.02.736147v1?rss=1

🏷️ 脊髓损伤 细胞外基质重塑 机械转导 瘢痕形成 转录组分析 组织力学