综述：糖胺聚糖在硬组织修复与再生中的应用：一类重新崛起的天然碳水化合物

　　这篇综述系统探讨了糖胺聚糖（GAGs）在骨、软骨、牙等硬组织修复与再生中的关键作用。通过分析GAGs的结构特性（如硫酸化模式、电荷密度）及其对细胞行为、生长因子（GFs）和生物矿化的调控机制，揭示了其作为支架材料的潜力。文章重点总结了GAGs通过化学修饰和复合技术克服机械性能缺陷，并应用于水凝胶、3D打印支架等形式的创新进展，为硬组织工程（如骨缺损、牙周炎）提供了新策略。

　　

Abstract

糖胺聚糖（GAGs）作为细胞外基质（ECM）的核心成分，因其独特的机械可调性和生物活性，近年来在硬组织工程领域重获关注。尽管其固有的力学性能较弱，但通过化学交联和复合其他材料（如胶原、羟基磷灰石），GAGs已成功应用于骨、软骨和牙本质的再生。例如，透明质酸（HA）通过羟基和羧基形成亲水网络，促进细胞黏附；硫酸软骨素（CS）则通过硫酸化区域调控钙离子（Ca²⁺
）和磷离子（PO₄
^3?
）梯度，指导胶原纤维定向组装。

Introduction

GAGs家族包括HA、CS、肝素（HP）/硫酸肝素（HS）等，其重复二糖单元的结构差异决定了功能多样性。在硬组织发育中，GAGs通过动态调控ECM组装和信号传导（如Wnt通路），影响成骨细胞分化与血管生成。传统硬组织修复手段（如植骨术）存在供体限制，而GAGs基支架通过模拟天然ECM的孔隙结构和生物活性，为骨缺损、关节炎等疾病提供了替代方案。

Analysis and classification of GAGs

GAGs的二糖单元由己糖醛酸（如GlcA）和己糖胺（如GlcNAc）构成，其硫酸化模式和电荷密度是功能分化的关键。例如，HS通过磺酸基团结合成纤维细胞生长因子（FGF-2），激活MAPK通路促进成骨；而DS则通过调节TGF-β信号抑制软骨降解。

Recent challenges in hard tissue repair and regeneration

硬组织工程面临三大挑战：种子细胞（如MSCs）的定向分化效率、支架的力学-生物活性平衡，以及梯度结构（如骨-软骨界面）的仿生构建。GAGs通过负载BMP-2或miRNA解决上述问题，如CS/HA复合水凝胶可同时增强压缩模量（>50 kPa）和促成软骨分化。

HA-based scaffolds in bone tissue engineering

HA水凝胶的3D网络结构支持BMSCs增殖，而其羧基可通过钙交联提升机械强度。研究显示，3D打印的HA/β-磷酸三钙支架在颅骨缺损模型中促进新骨形成率达70%。

GAGs in cartilage regeneration

CS与胶原复合支架通过CD44受体激活ERK1/2通路，抑制IL-1β表达，减少软骨分解代谢。近期，温敏性CS/泊洛沙姆水凝胶实现了关节腔注射下的原位凝胶化。

Osteochondral repair

仿生梯度支架是骨软骨修复的核心策略。例如，上层CS/HA模拟软骨ECM，下层掺入纳米羟基磷灰石（nHA）的HS支架支持成骨，界面区通过梯度交联实现力学过渡。

Dental hard tissue applications

在牙本质再生中，HP/明胶微球缓释FGF-2，刺激牙髓干细胞（DPSCs）分化为成牙本质细胞；而DS涂层可抑制牙龈卟啉单胞菌（P. gingivalis）生物膜形成，防治牙周炎。

Conclusions and future prospects

尽管GAGs在免疫调节（如调控M1/M2巨噬细胞极化）和抗菌（如季铵化修饰）方面表现突出，但其长期降解动力学和临床转化标准仍需探索。未来方向包括智能响应支架（如pH触发释放）和基因修饰GAGs（如siRNA负载）的开发。