生物材料力学微环境与组织功能再生：从静态调控到动态重塑

类器官技术已成为生物医学研究中极具潜力的体外模型，但其传统培养依赖动物源基质胶，存在批次变异、成分不明确及机械性能不可控等局限。近年研究证实，基质刚度、黏弹性、拓扑结构及时间力学动态，在干细胞自组织、谱系分化和类器官成熟中发挥与生化信号同等关键的调控作用。本文系统综述细胞外基质力学性质调控类器官形成的研究进展，从力学信号转导机制出发，围绕核心节点YAP/TAZ和核心受体整合素，与生化信号交互作用协同决定细胞命运，阐述刚度、黏弹性及拓扑结构对初始聚集、扩增、分化及功能成熟各阶段的影响，并总结天然及合成水凝胶的工程化策略。天然材料改性可实现力学约束与生化支持的空间分离，合成高分子材料可独立调控刚度和配体密度，动态力学微环境可模拟渐进硬化。未来需解析力学-生化协同规则，发展时空可编程水凝胶，建立组织特异性力学参数库，推进标准化力学筛选平台。本文旨在为理解力学-生物学耦合机制及设计高保真培养平台提供理论参考。

组织损伤修复有赖于功能性血管网络的再生，以重建氧气与营养输送及代谢废物清除。基质刚度作为细胞外基质的关键力学信号，在这一过程中发挥着核心调控作用。本文系统综述了基质刚度通过机械信号转导影响内皮细胞（ECs）行为及功能的机制，重点阐述了其在调控ECs分化、形态、屏障功能、迁移及血管生成等5项核心生物学过程中的作用规律，并揭示了相关力学信号转导机制。进一步归纳了在主动脉、肺、肝脏及心脏等不同器官损伤修复中，基质刚度呈现出的显著特异性调控规律，并探讨了间充质干细胞及巨噬细胞等血管周围细胞通过旁分泌途径介导刚度信号，间接影响ECs功能的细胞间对话机制。此外，本文分析了当前研究面临的挑战，包括体内微环境复杂性、刚度动态演变机制不明及三维模型局限等问题，并展望了通过设计智能动态生物材料、靶向机械敏感分子及结合类器官模型等策略，将力学调控原理转化为促进血管再生的临床应用前景。本综述旨在为理解血管再生的力学调控机制提供系统视角，并为开发以基质刚度为靶点的组织修复治疗策略奠定理论基础。

目的 本研究旨在探究不同基质刚度微囊对间充质干细胞（mesenchymal stem cells，MSCs）存活、增殖和成骨分化的调控作用，并通过动物皮下埋植模型评价其在体组织学响应等。方法 本研究构建了具有不同基质刚度的碳纳米纤维（carbon nanofiber，CNF）/海藻酸钠（sodium alginate，SA）三维微囊，通过调节CNF含量制备3组刚度分别为27.05、35.90和52.40 kPa的微囊，并对其形貌、力学性能、降解性能等理化性质进行表征。同时评价不同刚度微囊对MSCs存活、黏附及成骨分化的影响，同时采用大鼠皮下埋植模型评价微囊的体内组织相容性，并通过组织学及免疫组化分析其成骨相关蛋白质表达。结果 3组微囊均具有规则均一的形貌、良好的可降解性，除力学性能外其余理化性质无明显差异。Live/dead染色显示，各组微囊均具有良好的细胞相容性，其中高刚度微囊更有利于MSCs黏附、生长及存活。碱性磷酸酶（alkaline phosphatase，ALP）活性以及骨桥蛋白（osteopontin，OPN）和骨钙蛋白（osteocalcin，OCN）表达均随基质刚度增加而显著升高。免疫荧光结果进一步表明，高刚度组MSCs中Yes相关蛋白（Yes-associated protein，YAP）和整合素β1（integrin β1）荧光信号呈增强趋势。体内实验显示，所有微囊均具有良好的组织相容性，高刚度组表现出更高的成骨相关蛋白OPN和OCN表达。结论 CNF赋予SA微囊可调控的基质刚度，在保持良好生物相容性的同时，高刚度微环境能够有效促进MSCs成骨分化，为基于力学微环境调控的间充质干细胞递送及骨组织再生提供了一种具有应用潜力的三维细胞 载体。

目的 周围神经损伤是临床常见疾病，可影响靶器官功能调控，进而导致机体功能障碍，严重损伤甚至可致终身残疾。因此，如何有效促进损伤周围神经的组织形态与功能重建，已成为当前亟待解决的关键科学问题。本研究仿生模拟周围神经的高度取向结构及电生理特性，在细胞水平上探究电刺激（electrical stimulation，ES）联合取向导电基质用于修复损伤周围神经的可行性与有效性。方法 以具有微沟槽图案的硅片为模板，制备不同宽度的聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane，PDMS）取向微沟槽基底（宽度分别为0、5、10和20 μm）。进一步采用软刻蚀技术，在基底上构建石墨烯基导电图案化基底（graphene-based conductive patterned substrates，GCPSs），并根据沟槽宽度依次命名为GCPS 0、GCPS 5、GCPS 10和GCPS 20，系统考察取向微沟槽结构和ES对间充质干细胞（mesenchymal stem cells，MSCs）生物学行为的影响。结果 取向微沟槽PDMS基底可支持MSCs长期生长，引导细胞沿沟槽方向定向排列，并促使细胞形态向神经样细胞转化，表现出诱导MSCs向神经谱系分化的能力。GCPSs对MSCs具有良好的细胞相容性，MSCs在其上的增殖呈时间依赖性，且微沟槽宽度对细胞增殖无明显影响。ES联合GCPSs对MSCs向特异性神经谱系分化的诱导效果受ES强度（0、10、20和50 mV/cm）及微沟槽宽度的共同调控，其中低强度ES（10或20 mV/cm）联合GCPS 10可显著促进MSCs的成神经分化。结论 本研究证实，“取向拓扑结构+ES”联合策略可有效促进MSCs成神经分化，并有望加速周围神经损伤的修复过程。

帕金森病 （Parkinson’s disease， PD） 是一种以黑质多巴胺能神经元进行性丢失和α突触核蛋白异常聚集为主要特征的神经退行性疾病，其发病机制涉及氧化应激、神经炎症及细胞凋亡等多种病理过程。胞外信号调节激酶（extracellular signal-regulated kinase，ERK）作为促分裂原活化的蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）家族的重要成员，在PD发生发展过程中发挥关键调控作用。然而，ERK在PD中的作用长期存在争议，不同研究分别报道其具有神经毒性和神经保护效应。本文系统综述了ERK信号在PD中的研究进展，重点围绕ERK信号失衡的神经毒性作用和ERK适度激活的神经保护机制进行总结。现有证据表明，失衡的ERK可通过促进神经炎症、氧化应激等途径加速神经退行性病变，而适度激活的ERK则可能通过增强抗氧化防御、促进神经营养因子表达以及维持神经元存活发挥保护作用。在此基础上，本文提出“ERK活性窗口（ERK activity window）”假说，认为ERK信号存在维持神经稳态的适宜活性范围，其活性过高或过低均可能促进PD病理进展。未来应进一步阐明ERK在不同疾病阶段、不同细胞类型及不同亚细胞定位中的功能特征，并探索运动干预及多靶点联合调控等精准治疗策略，以期为PD的疾病修饰治疗提供新的理论依据和潜在靶点。

tau蛋白病理性过度积累及脑内的播散是阿尔茨海默病及其他tau蛋白病进展的核心驱动因素，且其负荷水平与认知衰退紧密相关。因此，高效清除毒性tau蛋白已成为神经退行性疾病修饰治疗的重要方向。不同于传统的占位性抑制策略，蛋白水解靶向嵌合体（proteolysis-targeting chimera，PROTAC）通过招募E3泛素连接酶诱导目标蛋白质降解，为直接消除缺乏理想酶活性口袋的致病蛋白质提供了全新思路。近年来，PROTAC在降低细胞与动物模型中病理性tau蛋白负荷、逆转突触毒性及改善认知功能方面展现出显著潜力，但仍处于早期发展阶段。本文系统综述了该类分子的研究进展与设计原则，重点讨论了tau蛋白结合配体的表位特异性、病理性tau蛋白选择性识别、E3连接酶招募、连接子（linker）优化及三元复合物的构效关系，并分析了跨越血脑屏障递送与脑内药代动力学等挑战。未来研究需进一步提升病理性tau蛋白的识别精准性、优化E3连接酶选择、增强中枢递送与脑内暴露，同时兼顾长期安全性。总体而言，tau蛋白靶向PROTAC为tau蛋白病的治疗提供了新策略，但其成药性突破仍有赖于化学设计、中枢递送与转化医学的深度交叉与协同优化。

糖基化是一种关键的翻译中和翻译后修饰，通过共价键将糖分子连接到蛋白质、脂质或小RNA上，形式高度复杂且多样。蛋白质糖基化是最普遍的修饰之一，参与调控蛋白质功能。G蛋白偶联受体（GPCR）作为人体最大的膜蛋白家族，几乎调控所有生理及病理过程，因而也是目前药物研发中占比最高的靶点类别。绝大多数哺乳动物GPCR会发生糖基化修饰，并深度参与其多个生物学环节：内质网中的折叠与质量控制、向细胞膜的转运与定位、内吞及降解/再循环、配体结合与信号转导、偏向性信号传导，以及受体二聚化。其中既有正向调控，也有负向调控。近年来，单颗粒冷冻电镜（cryo-EM）与X射线晶体学等结构生物学技术的飞跃，正在重塑对GPCR糖基化的认知。如今，高分辨结构揭示了糖链如何从原子层面影响受体的药理学特性。本综述聚焦GPCR超家族中的糖基化现象，系统梳理其对受体功能的影响与调控机制，并评述结构生物学领域的最新进展及未来发展方向。

目的 肠道微生物失衡与多种疾病的发生发展密切相关。现有微生物–疾病关联预测方法对多源异构生物信息利用不充分，且已知关联的噪声与不完整性导致预测稳定性和泛化能力不足。方法 本文提出一种基于图增强对比学习的微生物-疾病关联预测框架。该框架通过融合结构学习和语义学习来获取高质量的节点表示。该框架利用图卷积网络捕获微生物与疾病之间的结构关系，并采用深度稀疏自编码器从相似性信息中提取潜在语义特征。此外，该框架还引入对比学习策略来对齐两种视图的表示，并将融合后的嵌入用于预测潜在的微生物–疾病关联。在HMDAD、Disbiome和Peryton三个数据集上开展五折交叉验证，通过消融实验和案例研究评价模型性能。结果 全局五折交叉验证结果表明，GECLMDA在 HMDAD、Disbiome和 Peryton数据集上的曲线下面积（AUC）分别为0.980 3±0.006 9、0.944 6±0.008 3和 0.954 6±0.006 7。在不同评价设置下，该方法相较于多数现有方法表现出具有竞争力的预测性能；消融实验表明，结构学习、语义学习和对比学习均对模型预测性能具有积极贡献；案例研究进一步表明，该方法能够有效识别潜在的疾病相关微生物。结论 所提出的框架能有效提高微生物-疾病关联预测的稳定性和泛化能力，可作为疾病相关微生物预测的潜在工具。

社会互动中的人际协调既要根据当前需求动态调整，也受到既往互动经验的影响。脑间同步（inter-brain synchrony，IBS）为考察这一过程的神经机制提供了重要窗口。本文系统梳理了社会互动中IBS随互动需求和既往经验发生变化的相关证据及其与行为协调和互动结果的关系，并从适应性与经验性两个维度阐述IBS灵活性的概念框架。二者主要依据IBS变化所依赖的因素加以区分：适应性指IBS根据当前互动目标、任务阶段、角色分工、策略和反馈进行动态调整，可表现为同步增强、减弱或状态切换；经验性指既往互动经验或外部干预对后续IBS的影响，可表现为任务后残留、后续互动中的变化或跨时间保持。围绕这一框架，本文进一步综述相关经验证据、潜在作用机制和量化方法，并讨论现有研究在因果识别、跨时间追踪和功能解释方面的局限。未来研究应结合动态分析、多时间点追踪与实验操纵，检验IBS灵活性与互动需求及行为结果之间的关系，进一步考察相关变化的保持、重现、迁移及其功能意义，从而深化对动态人际协调潜在神经机制的理解，并为教育和临床等领域的研究与应用提供理论参考。

目的 针对半胱氨酸S-羧乙基化位点实验鉴定成本较高、周期较长以及现有预测模型对位置权重和多尺度序列信息利用不足的问题，构建一种具有较好综合预测性能的计算模型。方法 提出基于双分支异构深度集成的半胱氨酸S-羧乙基化位点预测模型Cys-DHE。模型首先采用二元权重编码对以半胱氨酸为中心的序列进行表示，并利用距离衰减机制增强中心邻域的位置信息。随后构建CNN-BiLSTM-Attention和CNN-Transformer两个异构分支，分别提取局部基序、上下文依赖和长程关联特征，并通过固定权重融合两个分支的预测概率。采用五折交叉验证和独立测试集对模型进行评估，并与传统机器学习方法及单分支模型进行比较。结果 实验结果表明，在独立测试集上，Cys-DHE的准确率（Acc）、敏感性（Sn）、特异性（Sp）、马修斯相关系数（MCC）、受试者工作特征曲线下面积（AUROC）和精确率-召回率曲线下面积（AUPR）分别达到89.60%、69.88%、91.57%、50.88%、86.54%和48.52%。与单分支模型相比，固定权重集成进一步改善了整体判别效果，表明两个异构分支能够提供具有互补性的序列特征表示。结论 Cys-DHE能够有效融合不同尺度的序列信息，提高半胱氨酸S-羧乙基化位点的预测能力，可为候选位点筛选提供一种有效的计算方法。为便于研究使用，在线预测服务器http：//www.lzzzlab.top/Cys-DHE/已开放访问。

伴随衰老进程出现的系统性慢性炎症状态，与多种衰老相关疾病的发生与发展密切相关。炎症小体是固有免疫系统感知细胞损伤并放大炎症反应的重要多蛋白质复合物，其持续或反复活化可促进炎性衰老，并加剧组织损伤及功能衰退。本文以核苷酸结合结构域富含亮氨酸重复序列和含热蛋白结构域受体3（NLRP3）炎症小体为重点，综述衰老微环境中炎症小体的活化机制、调控通路及病理意义，并比较其在神经退行性疾病、骨关节炎、动脉粥样硬化和2型糖尿病中的共同激活环节、组织特异性效应及其临床关联。尽管不同疾病的诱发因素各不相同，但炎症小体活化在一定程度上共享了许多关键分子事件，包括核因子κB（NF-κB）介导的预激活、溶酶体损伤、线粒体功能障碍、活性氧类累积、线粒体DNA（mtDNA）释放以及钾离子外流等，共同驱动NLRP3炎症小体组装、胱天蛋白酶1（caspase-1）活化及消皮素D（Gasdermin D）依赖的细胞焦亡。本文进一步讨论了靶向炎症小体的治疗策略在改善衰老及相关疾病中的应用潜力及未来开发方向。炎症小体是连接衰老相关损伤与慢性炎症放大的重要节点，有望成为多种衰老相关疾病早期协同干预的共同靶点，但其临床转化仍受疾病阶段、组织特异性、长期安全性和生物标志物不足等因素限制。

血流感染（bloodstream infection，BSI）病情进展迅速、院内病死率高、多重耐药菌株检出率逐年攀升，及时诊断是指导抗菌治疗、改善患者预后的关键。血培养作为BSI检测金标准，存在孵育周期长、周转时间久的短板，从采血到报阳通常需12 h以上，而BSI患者有效抗菌治疗每延迟1 h，患者预后不良的风险即显著升高。检测的滞后容易造成抗生素滥用，延误BSI患者的救治。因此，血培养速度过慢是临床微生物检验亟待解决的痛点。血培养的一级报告包括革兰氏染色结果以及报阳时间。临床针对常见血流感染致病菌如革兰氏阳性球菌、阴性杆菌以及酵母型真菌采取不同的用药方向，一级报告就可以指导临床用药。本文从临床血培养流程优化和血培养瓶产品可改良的因素两个方面阐述了如何加快血培养速度。在流程层面，规范采血、2 h内送检、卫星血培养以及分级报告制度可有效缩短标本转运和前期处理时间，使一级报告提前数小时发出。在血培养瓶改良层面，优化培养基配方、添加抗生素吸附树脂、改进CO₂传感膜及瓶体隔气设计，可直接加速微生物复苏与增殖，将一级报告时间缩短1~4 h。此外，本文也综述并分析了荧光原位杂交、各类聚合酶链式反应PCR（polymerase chain reaction，PCR）检测技术、微生物质谱、全血标本病原体直接检测、全自动化血培养、测序技术、T2磁共振、标志物检测、机器学习辅助鉴定等血流感染检测的新技术及其局限性。综合来看，血培养仍然具有不可替代性。因此加快血培养速度仍然是缓解血流感染检测痛点的重要方向。

皮肤组织再生是一个涉及多种细胞、分子及信号通路协同作用的复杂生物学过程，其协调调控关系到皮肤屏障、组织结构和功能的恢复，调控失衡则可能导致慢性创面或病理性瘢痕。创面闭合并不意味着原有组织已经恢复，评价修复结局还需关注真皮结构、皮肤附属器和屏障功能。网络药理学是药理学、网络科学与系统生物学交叉形成的研究方法，通过整合“药物-靶点-通路-疾病”信息，从复杂分子关系中筛选可能参与药物调控皮肤组织再生的候选靶点和通路，为后续实验验证提供方向。本文系统梳理了皮肤创面修复与组织再生的生物学基础及核心调控网络，概述网络药理学的研究方法与技术局限，重点探讨其与多组学、人工智能、生物化学和生物物理技术以及细胞和动物实验的整合应用。转录组、蛋白质组和代谢组可依据实际样本中的分子变化筛选候选网络；单细胞和空间组学有助于确定候选靶点所在的细胞亚群、组织区域及修复阶段；机器学习可对候选靶点进行优先级排序。直接结合、蛋白功能及靶点干预实验能够进一步检验预测的药物-靶点关系，细胞和动物实验则将分子变化与再上皮化、血管新生、细胞外基质重塑及组织结构恢复相联系。多技术整合有助于缩小候选范围并提高机制分析的针对性，但预测结果与实验观察相符仍不能单独证明靶点的因果作用。现有研究还面临数据库偏倚、创面时空异质性、成分及组织暴露不明确、实验模型外推受限等问题。未来需在明确病理场景的基础上规范数据来源和模型评价，结合给药方式、剂量、安全性及临床相关终点评价，逐步建立由网络预测、分子互作、靶点功能到组织修复表型和临床评价的证据链，为促皮肤组织再生药物的机制研究与转化提供更可靠的依据。

混合生物检材中的不同贡献者拆分是法医遗传学领域长期面临的核心技术挑战之一，拆分准确性直接影响案件侦破效率与司法公正性。本文以是否需要依托拆分软件为界限，系统梳理了现有的两类混合生物检材拆分策略：一是基于生物实验的检材前处理策略，通过显微可视化分选进行不同来源细胞的物理分离与独立检测，或通过特异性物理化学处理在检测前实现区分；二是基于计算生物学的数据后处理策略，借助生物信息学算法对混合DNA检测数据进行拆分，从而实现贡献者组分的精准区分。在此基础上总结了两类策略的学术争议及优劣对比，评估其在法医学实践中的适用场景及局限性，并结合基层实战中检材条件多样、检验资源有限等特点，提出了基于样本质量评估的分级应用策略及多策略联合应用路径。最后，对未来混合检材快检设备的发展路径和人工智能在混合拆分中的应用前景进行展望，以期为混合生物检材的精准解析提供系统的方法学参考。

目的 结直肠癌肝转移（colorectal cancer liver metastasis，CRLM）是导致结直肠癌（colorectal cancer，CRC）患者死亡的首要原因。虽然以CD8⁺ T细胞为核心的局部免疫在抑制肿瘤进展中至关重要，但肝转移灶独特的免疫耐受微环境往往导致其功能发生异质性改变。目前，特定CD8⁺ 组织驻留记忆T细胞在CRLM进展中的谱系演变轨迹以及表型重塑的分子机制仍未完全阐明。因此，本研究旨在探究CRLM微环境中特定CD8⁺ 组织驻留记忆T细胞的谱系演变与表型重塑特征，探讨其与微环境细胞的潜在通讯关系，并构建基于该亚群扰动图谱的临床预测与分子分型方案。方法 本研究整合3套CRC单细胞转录组数据集，涵盖正常、息肉、原发灶及肝转移灶样本。通过组织偏好性、T细胞状态打分、拟时序及转录调控等多维分析，鉴定并表征CRLM相关的关键细胞亚群，并利用CellChat和MultiNicheNet分析细胞间通讯及潜在配体-受体互作。随后，在癌症基因组图谱（the cancer genome atlas，TCGA）队列中基于该亚群的差异表达基因构建基因相互作用扰动网络，利用共识聚类对患者进行临床分子分型，并在基因表达综合数据库（gene expression omnibus，GEO）队列中进行独立验证。最后，结合免疫治疗响应与药物敏感性分析，评估不同临床分子分型患者的免疫治疗响应特征及潜在药物敏感性，阐明该亚群对临床免疫治疗与精准靶向治疗的指导价值。结果 单细胞分析成功鉴定出CRLM相关的关键KLRB1⁺ CD8⁺ 组织驻留记忆T细胞（KLRB1⁺ CD8⁺ tissue-resident memory T cells，CD8-Trm-KLRB1）亚群，该亚群具有较强的组织驻留与免疫调节特征，以及较低的细胞毒性效应。拟时序分析显示，CD8⁺ T细胞可能经历由GZMB⁺ CD8⁺ 效应T细胞（GZMB⁺ CD8⁺ effector T cells，CD8-Teff-GZMB）、GZMK⁺ CD8⁺ 效应记忆T细胞（GZMK⁺ CD8⁺ effector memory T cells，CD8-Tem-GZMK）到CD8-Trm-KLRB1细胞的连续状态转变，并伴随应激相关功能重塑。抗原呈递及T细胞受体活性分析提示，该状态变化并非单纯由抗原呈递不足或T细胞受体信号完全缺失所致。细胞通讯分析提示，CRLM微环境中中性粒细胞与CD8-Trm-KLRB1之间的潜在免疫调节通讯增强，其中抵抗素（resistin，RETN）与腺苷酸环化酶相关蛋白1（adenylyl cyclase-associated protein 1，CAP1）介导的RETN-CAP1配体-受体互作较为突出；同时，CD8-Trm-KLRB1相关的CD48分子（CD48 molecule，CD48）与程序性细胞死亡蛋白1（programmed cell death 1，PDCD1）介导的CD48-PDCD1配体-受体互作亦呈增强趋势。基于该亚群特征构建的临床分型（subtype 1与subtype 2）在TCGA和GEO队列中展现出高度的一致性。其中，预后较差的subtype 2亚型不仅具有更高的肿瘤免疫功能障碍与排斥（tumor immune dysfunction and exclusion，TIDE）评分及免疫排斥特征，同时对阿昔替尼表现出更低的半抑制浓度，提示该亚型对血管生成抑制剂类药物具有更高的潜在敏感性及临床获益可能。结论 本研究揭示了CRLM过程中CD8-Trm-KLRB1细胞的功能状态重塑，提示其可能受到中性粒细胞相关RETN-CAP1等上游信号调控，同时通过CD48-PDCD1等免疫调节通讯参与下游免疫细胞互作。基于该亚群扰动特征构建的临床分型方案能有效预测患者预后及治疗响应，为CRLM的个体化治疗提供了全新的靶点与视角。