抗坏血酸-氯化铁芬顿系统激活内源性TGFβ1：骨关节炎治疗与骨软骨修复的新策略

　　本综述创新性地提出利用抗坏血酸（AA）/氯化铁（Fe）芬顿反应系统激活关节组织中内源性潜伏态转化生长因子β1（TGFβ1）的治疗策略。研究表明，AA/Fe系统通过生成活性氧（ROS）特异性激活TGFβ1，显著抑制白细胞介素1β（IL1β）诱导的软骨细胞损伤，增强细胞迁移能力。通过聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）微球搭载AA/Fe并联合温敏性水凝胶（PPP）或光交联明胶甲基丙烯酰（GelMA）水凝胶实现缓释给药，在动物模型中有效延缓骨关节炎（OA）进展并促进骨软骨缺损修复，为开发无细胞、低成本的治疗方案提供了全新路径。

　　

内源性TGFβ1激活机制的探索与验证

研究团队首次提出利用抗坏血酸（AA）和氯化铁（Fe）组成的芬顿反应系统激活关节组织中的内源性潜伏态TGFβ1。通过体外实验证实，2 mM AA/Fe溶液与牛关节液反应2小时后，可显著产生过氧化氢（H₂O₂）、羟基自由基（·OH）和超氧阴离子（^·O₂^?），其中H₂O₂浓度最高。使用过氧化氢酶（CAT）清除H₂O₂后，TGFβ1激活水平从716.03±135.26 pg/mL降至306.34±139.69 pg/mL，证实芬顿反应是激活的关键机制。该系统在关节软骨和骨髓上清中同样展现出显著的TGFβ1激活能力，分别达到1.54±0.67 ng/g和3.26±0.28 ng/g。

细胞水平的功能验证与保护机制

在人类软骨细胞系C28/I2和原代大鼠软骨细胞模型中，AA/Fe处理的关节液显著磷酸化SMAD2/3，抑制IL1β诱导的基质金属蛋白酶13（MMP13）和含血小板反应蛋白基序的解整合素金属蛋白酶5（ADAMTS5）表达。使用TGFβ通路抑制剂SB505124可逆转这种保护效应。延长培养至7天后，AA/Fe组细胞活性优于单独TGFβ1处理组。免疫荧光显示AA/Fe处理显著提升增殖标志物Ki67表达，降低凋亡标志物TUNEL和半胱天冬酶3（CASPASE3）信号。在三维 pellet培养模型中，AA/Fe处理成功恢复II型胶原网络，减少I型胶原异常表达。

细胞迁移能力的显著增强

Transwell实验表明，经AA/Fe处理的 synovial fluid、软骨浸出液和骨髓上清液均显著增强软骨细胞和骨髓间充质干细胞（BMSCs）的迁移能力。20% AA/Fe处理synovial fluid组的细胞迁移数量显著高于未处理组，且该效应可被SB505124抑制。在BMSCs迁移实验中，AA/Fe处理的骨髓上清液的趋化作用甚至超过10%胎牛血清（FBS）的诱导效果。

动物模型中的治疗效能评估

在大鼠前交叉韧带横断（ACLT）/部分内侧半月板切除（pMMx）骨关节炎模型中，间隔48小时关节内注射2 mM AA/Fe溶液，持续治疗2-8周。12周时组织学分析显示，AA/Fe组仅出现轻度软骨基质表面丢失，而生理盐水（Saline）组和单独AA组出现严重软骨磨损和软骨下骨暴露。OARSI评分证实AA/Fe组关节退变显著减轻。免疫组化显示AA/Fe组II型胶原表达上调，MMP13表达下调。值得注意的是，AA/Fe注射对滑膜炎症的抑制作用有限。

缓释给药系统的创新开发

为解决重复注射的临床限制，研究团队开发了PLGA微球（MS）搭载AA或Fe（MS@AA、MS@Fe），平均直径10.722-12.047 μm，包封率分别为41.941%和38.916%。将微球嵌入温敏性PLGA-PEG-PLGA（PPP）水凝胶或光交联GelMA水凝胶中，实现可控释放。在酶解条件（I型胶原酶/透明质酸酶）下，GelMA体系第3天后释放加速2.3倍，而PPP水凝胶释放动力学不受影响。体内降解实验显示，水凝胶系统显著延长微球滞留时间，GelMA组在第15天仍保持44.5%荧光信号强度。

复合系统的治疗应用与效果

在OA治疗中，PPP-MS@AA/Fe每两周注射一次，第12周时组织学显示软骨损伤仅限于关节表面1/3，而ACLT/pMMx组损伤深达软骨下骨。在兔临界尺寸骨软骨缺损模型中，GelMA-MS@AA/Fe处理8周后缺损完全被白色修复组织覆盖，μCT显示再生组织体积显著增加。组织学分析显示GelMA-MS@AA/Fe组再生软骨与原有软骨无缝整合，新骨组织与原有骨形成连贯连接，国际软骨修复协会（ICRS）评分和改良O’Driscoll评分均显示优异效果。

生物相容性与安全性验证

细胞相容性实验显示，与水凝胶或微球-水凝胶复合材料共培养的C28/I2细胞死亡率仅轻微升高（4.55%-6.2% vs 3.5%对照组），无统计学差异。CCK-8增殖曲线和流式细胞术（Annexin V/PI）分析表明，实验组未出现早期凋亡（Annexin V⁺/PI^?）或晚期凋亡（Annexin V⁺/PI⁺）显著增加，证实系统具有良好的生物相容性。

作用机制的深度解析

研究揭示TGFβ1通过I型受体ALK1和ALK5介导不同效应：ALK1-SMAD1/5/8通路促进炎症反应，而ALK5-SMAD2/3通路维持软骨稳态。AA/Fe激活的TGFβ1优先磷酸化SMAD2/3，表明其趋向软骨保护作用。在关节炎患者滑膜液中，总TGFβ1浓度约为1.129±0.13 ng/mL，这种较低浓度范围更有利于ALK5-SMAD2/3通路激活。年龄相关的ALK1/ALK5比率变化与OA进展密切相关，而AA/Fe治疗时机选择在ACLT/pMMx模型中ALK1/ALK5比率发生显著变化的2-8周，从而获得最佳治疗效果。

临床转化潜力与未来方向

该研究首次在体内应用AA/Fe芬顿反应系统成功激活内源性TGFβ1，为OA和骨软骨缺损提供了无细胞、低成本的新型治疗策略。未来研究需优化载体特性，包括增强免疫调节能力、开发微环境响应释放机制、利用磁电仿生水凝胶整合内源性物理信号，以及引入治疗性外泌体放大内源性再生信号。同时需要关注非靶向纤维化风险，确保关节靶向TGFβ1调节的安全性。