作者：上海交通大学医学院附属第一人民医院创伤中心     农超操

周围神经损伤（PNI）在临床多见，全球每年有约100万人罹患PNI，表现为运动与感觉功能下降以及疼痛等，严重影响患者的生存质量。目前常用的治疗方法包括神经缝合、神经移植、神经导管置入等。当周围神经缺损过大时，神经缝合难以实施，自体神经移植是最佳治疗方法，但存在以下缺陷，包括移植物来源有限、供体和受体神经在尺寸和表型上可能不匹配，以及可能导致供区功能丧失和供区神经瘤等并发症。人工神经导管置入成为一种有潜力的治疗方法。美国食品药品监督管理局（FDA）批准了多种神经导管，但在治疗PNI中表现不佳，这不仅与导管材料自身的可降解性、生物相容性等有关，也与其缺乏理想周围神经再生类似的环境及结构有关。这些特定环境的缺失，使得神经再生时缺乏营养并存在炎症。除了寻找新材料，也可以针对这些因素添加辅助成分改进神经导管性能，这些辅助成分主要包括生物活性分子（如神经营养因子、药物）、治疗性细胞（如雪旺细胞、干细胞）及其衍生物（如外泌体）等。辅助成分在促进PNI修复中具有多种效果，根据主要效果可将这些成分对神经再生的功能分为几个方面：提供神经营养、调控免疫环境、改善血供及氧供、提供方向引导等。本文就神经导管辅助成分的上述功能进行综述，为研究神经导管治疗PNI提供参考（图1）。

神经导管辅助成分对神经再生的功能

提供神经营养     营养因子在PNI的自然修复中起关键调控作用。营养因子主要由雪旺细胞分泌，能够刺激并促进轴突生长，虽然中空的简单神经导管能够在一定程度上引导轴突生长，部分导管可以截留内源性营养因子，但是缺乏主动提供营养因子的能力，可直接加入营养因子或细胞、细胞衍生物等释放源进行改进。

营养因子    在神经导管中加入缓释营养因子，可在一定时间内维持导管内所需的营养因子浓度。其中神经营养因子（NTF）包括神经生长因子（NGF）、脑源性神经生长因子（BDNF）等神经营养素以及VEGF等，但NTF在体内半衰期过短，需使用特殊载体递送。例如将NGF装载于含纳米纤维的水凝胶中修复大鼠坐骨神经10mm缺损，能延长其释放时间；用微球装载胶质细胞源性神经营养因子，也可实现恒河猴正中神经缺损模型中药物的可控、持续释放。体外实验表明，肝素能够与多种蛋白质结合，通过在神经导管上结合肝素，也能够实现NTF的缓释。

另外，RGI（Ac-RGIDKRHWNSQGG）以及KLT（Ac-KLTWQELYQLKYKGIGG）两种肽段可分别模拟BDNF和VEGF，发挥促进雪旺细胞定位、增殖和分泌NTF的功能。IGF-1在雪旺细胞的增殖、分化和更新中发挥着重要作用，在神经纤维中注射IGF-1可通过促进雪旺细胞有丝分裂改善大鼠坐骨神经18mm缺损模型中的轴突再生；将搭载IGF-1的微球加入神经导管中，不仅能够提高雪旺细胞存活、增殖和髓鞘再生能力，还能够促进巨噬细胞浸润以及向M2亚型极化；而且装载IGF-1的纳米纤维水凝胶可以富集包含轴突、髓鞘再生相关miRNA等的细胞外囊泡。一些临床上常用的营养神经药物也具有一定效果，神经导管加入缓释甲钴胺或丙戊酸后在大鼠坐骨神经10mm缺损模型中修复效果有所提高。NTF间的协同也尤为重要，对于增强雪旺细胞迁移和促进大鼠轴突生长，同时递送NGF和BDNF的效果明显优于单纯增加单组分剂量。Zhang等将VEGF和BDNF混合，也在动物实验中观察到了良好效果。

细胞    使用营养因子等虽可促进神经损伤修复，但需要考虑浓度及释放速度等；而要维持促进神经修复的环境，可在导管中引入雪旺细胞等细胞，其不仅能提供营养因子，还能在免疫调节等方面起一定作用。Itai等在神经导管中填充雪旺细胞，体外实验显示能够定向诱导神经元轴突延伸，并且在导管降解过程中也维持了雪旺细胞的存活及增殖活力。通过基因工程技术对雪旺细胞进行改造，可以改善其促进神经修复的能力，例如使用软骨素酶ABC转染雪旺细胞，能够降低修复过程中硫酸软骨素蛋白聚糖对雪旺细胞和神经元的抑制作用；VEGF-A转染的雪旺细胞能够通过提高VEGF-A水平增强大鼠坐骨神经10mm缺损模型中的神经再生效果。但是，Dietzmeyer等在体外实验及动物实验中发现，使用透明质酸-层粘连蛋白水凝胶作为载体时，普通雪旺细胞或bFGF-2转染雪旺细胞的效果反而更差，原因可能与特定环境下细胞分泌NTF的基因下调有关。另外，雪旺细胞具有感觉、运动等不同表型，基因表达存在差异，而表型的错配会抑制轴突生长，自体神经移植多使用感觉神经作为移植物，而用胶质细胞源性神经营养因子对雪旺细胞进行预处理，可以降低大鼠股神经横断模型中表型错配的影响，在神经导管的改进中亦可参考该措施。

但是雪旺细胞的应用受到限制，其直接获取较为困难，可使用干细胞分化为雪旺细胞。脂肪组织是一种易于获取的干细胞来源，FGF-9可通过FGF-9-FGF受体2-Akt通路促进脂肪干细胞分化为类雪旺细胞。既往Faroni等发现，脂肪干细胞离开含生长因子的特殊培养基后倾向于向脂肪细胞分化，限制了其应用。但可以通过特殊的合成肽水凝胶维持干细胞分泌NTF等功能。导电性也在刺激神经组织分化中发挥了一定作用，石墨烯能够增加导管的导电性，对于促进MSCs分化有所帮助。

Li等在动物实验中将雪旺细胞与神经干细胞一起添加到导管中，效果优于仅仅添加雪旺细胞，原因可能在于多种细胞之间的相互作用。有研究表明，雪旺细胞衍生的外泌体能够通过作用于酪氨酸激酶受体A促进MSCs分化，而MSC衍生的外泌体也能促进雪旺细胞的增殖以及分泌营养因子。与填充、夹层等较为简单的添加方式相比，3D生物打印不仅提供了一种能够高效制造多通道、多分支等更复杂结构神经导管的方法，令个性化治疗成为可能，也为定制神经导管内不同成分的层次化结构提供了更精确、便利的手段，细胞能被直接添加到导管材料中，模拟天然组织的细胞网络以及细胞外基质等，构建利于细胞发挥作用的环境。要实现这些条件，传统方法往往较为繁琐，尽管在导管的打印性能、机械性能与其细胞相容性之间需要有所取舍，但这类导管已展现出了一定潜力。与普通的雪旺细胞培养物相比，直接打印的含雪旺细胞导管中NGF、BDNF等NTF的mRNA水平更高，NTF的释放水平也相应更高。但是直接加入生物打印墨水中的细胞可能面临打印压力等应激因素，细胞活力受到影响。微球打印技术能减少打印过程中的影响，并且可以按需求精准排列细胞，创造出更适合分化的干细胞龛。另外由于细胞能够促进组织重建，填补材料降解产生的空隙，细胞成分的引入不但能调节修复环境，也能解决一些生物打印导管降解过快的问题。尽管缺乏有力的临床试验结果，但一项临床试验（NCT03999424）正在评估将雪旺细胞加入自体神经移植物的安全性和可行性。Ikeguchi等已经在非随机对照试验中初步验证了3D生物打印导管的安全性和效果。

细胞衍生物  各种自体细胞都面临着不同程度上获取、培养的困难，给及时治疗带来不便；而同种异体、异种细胞还存在免疫排斥的可能。细胞衍生物有着低免疫原性、来源丰富等优势，能够解决上述问题。适当浓度的脱细胞神经基质对于促进轴突定向延伸和雪旺细胞迁移有积极效果，并能够提高大鼠坐骨神经5mm缺损模型中的功能恢复效果，但浓度过高时效果反而会减弱。外泌体具有一些和母细胞类似的特性，纯化的人类外泌体包含多种促进神经修复的细胞因子，能够减少细胞坏死以及促进血管生成。Hu等研究发现，与人羊膜MSCs相比，类雪旺细胞衍生的外泌体更能促进雪旺细胞对营养因子以及与髓鞘化相关的正向调控基因和蛋白的表达，进一步挑选母细胞来源可能会发现效果更佳的外泌体。对外泌体进行工程化处理也可改善其效果，例如使脂肪干细胞的神经营养素-3（NT-3）基因过表达后，可得到富含NT-3mRNA的外泌体，其被雪旺细胞内吞后可以增强NT-3的翻译；使用3D生物反应器培养能够得到更多外泌体，并且其中营养、免疫相关的miRNA含量有所升高。

调控免疫环境     PNI后，血神经屏障受到破坏，内部的相关抗原入血，损伤部位可能发生炎症反应。除了上述细胞和物质可以调节损伤处的免疫环境，一些生物活性分子和抗炎药等也能发挥作用。一些外泌体具有和母细胞类似的抗炎作用，脐带MSCs来源的外泌体能够调节巨噬细胞极化，减少M1巨噬细胞数量，降低IL-1β、TNF-α等促炎因子水平。TNF-α刺激基因-6在MSCs调节免疫环境中发挥了一定作用，脂多糖预处理MSCs衍生的外泌体中该基因表达水平升高，并且能使NF-κB/核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3通路失活，促进巨噬细胞向M2表型极化。一氧化氮（NO）具有抗炎、抗氧化、促血管生成等作用，而且可以穿过血神经屏障，有效作用于靶细胞，但其过量可能会导致凋亡。Huo等发明了基于纳米粒子的NO给药系统，可使大鼠坐骨神经10mm缺损模型中的NO浓度维持在有效且安全的范围内。非甾体类抗炎药也可以减轻炎症反应，神经导管填充双氯芬酸钠可促进细胞增殖。在神经导管中添加富马酸二甲酯并施加电刺激可抑制雪旺细胞焦亡，并促进巨噬细胞向M2亚型分化，调节炎症微环境。在动物实验中，替米沙坦、表没食子儿茶素没食子酸酯等药物也可以通过调节炎症微环境促进神经修复。

改善血供及氧供     在修复初期神经导管内缺乏血管网，特别是神经直径较大、血管化困难时，神经导管局部可能出现缺血缺氧环境。除了可使用利于氧气扩散的材料制造导管，也可加入提高血供及氧供的成分。一方面可以添加直接供应氧气的成分，Ma等在神经导管中加入全氟三丁胺，可以在大鼠坐骨神经17mm缺损模型血管重建前保证损伤部位的氧气供应，提高雪旺细胞存活率和NTF浓度等，过氧化钙微球也能达到类似效果。另一种选择是让神经导管提前实现血管化，成纤维细胞与内皮细胞相配合可以形成类似毛细血管结构，在大鼠坐骨神经15mm长缺损模型中，这一结构能够与宿主的血管连接并进行供血。一些外泌体，例如类雪旺细胞衍生的外泌体，也能够促进血管生成，其中皮肤前体衍生雪旺细胞来源的外泌体能够在无充足VEGF条件下通过miRNA-30a-5p靶向血管生成素2和白血病抑制因子基因来促进血管生成。另外，在适宜的缺氧状态中，MSCs可以通过上调其缺氧诱导因子1α水平，升高VEGF和血管紧张素的浓度，从而增强血管化以及应对氧化应激的保护。而且毛细血管网络不仅能提供氧气和养分，也是雪旺细胞迁移、定植的途径。

提供方向引导     结构、生物、化学因素（例如多通道结构、表面结构、导电性以及生长因子、雪旺细胞等）在神经生长方向的引导中发挥了一定作用，单纯的中空导管则缺少相应性质。上述营养因子、细胞的引入可在一定程度上改善方向引导不足的问题，但仍可采用一些更具针对性的方法来强化这一功能。施加电信号可以影响轴突生长的速度和方向，为了利用电信号，需要增强神经导管的导电性。

Park等在大鼠坐骨神经10mm缺损模型中使用含还原氧化石墨烯的水凝胶改善导电性，发现吻合后向导管空腔中注射水凝胶的效果比在吻合前预先填充更好，因为吻合后注射的水凝胶能够与神经残端更紧密地接触。除此之外，聚（3，4-乙烯二氧噻吩）、聚吡咯等导电聚合物也可以掺入空腔或导管中发挥增强神经导管导电性、引导轴突生长的作用，但是上述材料的可降解性及安全性存在不足或争议。而钼、铁、锌等金属的应用相对安全，这些导电材料还能增强电刺激治疗效果，电刺激治疗能够弥补机体电信号强度弱以及不可控等不足。虽然电刺激治疗已应用于临床，但面临电极需取出或降解以及易感染等难题。氧化锌等压电材料能够在运动或超声波等物理刺激下产生电信号，避免植入电极。而电信号除了能影响轴突生长方向，还可以促进雪旺细胞增殖、分化、迁移和髓鞘形成等，并通过影响丝裂原活化蛋白激酶通路提高营养因子水平，间接提高引导神经再生的效果。一些生物活性分子如神经导向因子1（Netrin-1）具有引导轴突生长的作用，Cai等在制作神经导管时使Netrin-1定向扩散，做出了负载浓度梯度Netrin-1的神经导管，与均匀的Netrin-1浓度相比能够更好地引导轴突生长、调节雪旺细胞迁移，并促进髓鞘再生和血管生成。但这种制造浓度梯度神经导管的方法仍较为粗糙，使用3D生物打印技术能够更精准地控制浓度梯度，可能是一个有潜力的方向。

其他改进方法     除了上述提供营养支持、调控免疫环境、改善血供及氧供、提供方向引导等方面，还有其他可行的神经导管改进方法。雪旺细胞的自噬对神经修复有一定影响，自噬水平过高会加速细胞坏死及组织损伤，但完全抑制自噬又会导致其功能丧失，脂肪干细胞来源的外泌体中富含miRNA-26b，可以调控亲核素α2以适当抑制雪旺细胞自噬，促进其髓鞘化。雪旺细胞衍生的外泌体经过工程化，进行双靶向修饰和搭载磷酸酶与张力蛋白同源物诱导激酶1mRNA后，能够将其递送给衰老的雪旺细胞，促进线粒体自噬，维持线粒体稳态，抑制沃勒变性。三碘甲状腺原氨酸可以调节NTF和其受体，增强其促进轴突生长、增强雪旺细胞迁移等作用，还能促进细胞骨架蛋白的表达，帮助细胞器运输，提高大鼠坐骨神经横断模型中的轴突再生速度等，并可作用于雪旺细胞促进其增殖和髓鞘形成。另外，一些有治疗潜力的药物正在开发中，Wnt5a可以促进雪旺细胞增殖和NGF释放；磷脂酰肌醇3激酶α激动剂可诱导小鼠胚胎成纤维细胞增殖，并在大鼠坐骨神经挤压模型中促进轴突生长，这些药物可能具有治疗PNI的潜力。

综合应用     PNI修复是一个复杂过程，仅靠单方面改善难以发挥良好作用，多种成分组合可能有助于神经修复。在动物实验中，可将营养因子与炎症抑制组合，如NGF和双氯芬酸钠，可同时发挥营养神经和减轻炎症的作用，协同促进神经再生；将营养因子和导电材料组合，如7，8-二羟基黄酮与聚苯胺，可进一步促进髓鞘及轴突的再生。但Razavi等在对大鼠坐骨神经10mm缺损模型的研究中发现，神经导管覆盖金纳米颗粒、BDNF并填充搭载脂肪干细胞的纤维蛋白后，对神经修复有负面影响。因此，如何确定组合的成分及形式仍需进一步研究。

小结与展望

通过引入生物活性分子、治疗性细胞及其衍生物等多种辅助成分，能够将神经导管从被动的物理支架转变为主动的生物功能修复系统，改良的神经导管可以在提供神经营养、调控免疫环境、改善血供氧供以及提供方向引导等方面弥补传统中空导管的缺陷，其修复能力得到显著提升。在10～18mm神经缺损动物模型上的研究结果表明，动物实验中功能化神经导管的效果可以接近自体神经移植。尽管3D生物打印导管等技术已经开始初步的临床安全性与可行性探索，但绝大多数研究仍停留在临床前阶段，临床上神经导管与自体神经移植的效果仍存在差距。如何将这些临床前研究成果有效转化为临床应用，是当前面临的核心挑战。

为推动功能化神经导管的发展，未来研究可在以下几个方面深化和拓展。首先是辅助成分的优化与协同，可以建立更优的预测药物递送效果模型，开发能响应微环境变化的智能药物递送系统，实现按需释放药物；同时，应积极探索同种异体或异种来源细胞的应用潜力与免疫豁免策略，以克服自体细胞来源有限、获取困难的瓶颈；并深入研究不同辅助成分综合应用的协同机制，明确最佳组合方案。其次是构建超越自体神经移植的再生微环境，需要探索调控神经修复的新靶点与新药物；还可以研究如何对神经运动、感觉表型进行精准诱导；以及利用3D生物打印等先进技术，制造出不仅能在宏观结构上、还能在微环境上匹配不同部位、类型损伤的个性化神经导管。最后是加速临床转化，这要求建立更贴近人体的标准化大动物模型进行临床前验证，并最终开展大规模、设计严谨的随机对照临床试验，以获得高级别的循证医学证据，改变PNI的治疗格局。

来源：中国修复重建外科杂志2025年8月第39卷第8期

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