通过Piezo1-Ca2+-NFAT3信号通路介导的负压诱导成纤维细胞活化促进伤口愈合

背景：负压伤口治疗（NPWT）被广泛用于促进伤口愈合，但由于缺乏精确可控的细胞水平体外负压加载装置，其疗效背后的机械传导机制仍不清楚。因此，本研究旨在开发一种精确可控的体外负压加载装置，并阐明负压激活真皮成纤维细胞促进伤口愈合的机械传导机制。方法：我们开发了一种与六孔板兼容的高精度负压加载装置，可对每个孔的负压值、持续时间和模式进行独立智能控制。为了验证负压环境的均匀性和稳定性，采用了有限元分析（FEA）。通过负压处理的成纤维细胞的蛋白质组学分析，并结合Piezo1表达和钙信号动力学的分子探究，探索了其机制。功能研究的结果整合了基因沉默和药理学调节该通路，并通过基于SD大鼠的NPWT实验进行了体内验证。结果：FEA证实了负压腔内压力分布的稳定性。细胞主要承受压应力，其随施加压力线性增加，在-40 mmHg时达到-2 kPa。我们发现施加-40 mmHg的持续负压2小时能显著激活真皮成纤维细胞。基于TMT的蛋白质组学分析显示，在负压处理的真皮成纤维细胞中Piezo1表达上调，这通过细胞和肉芽组织样本的分子和免疫组织化学分析得到进一步证实。药理学抑制或敲低Piezo1在体内和体外均减弱了负压诱导的真皮成纤维细胞活化。在机制上，我们确定Piezo1介导的Ca2+内流和钙调磷酸酶/NFAT3信号通路在此过程中被关键性增强。结论：本研究揭示了Piezo1-Ca2+-NFAT3机械传导轴是介导NPWT治疗效果的核心通路。这项工作为阐明负压的生物力学机制奠定了基础，并为组织工程和再生医学研究提供了新途径。