引用本文： 吴俊峰, 孔祥东, 吕强. 丝蛋白生物材料用于周围神经修复的研究进展. 中国修复重建外科杂志, 2024, 38(9): 1149-1156. doi: 10.7507/1002-1892.202402071 复制
丝蛋白作为功能化的材料平台可实现仿生结构的多重设计和多种活性成分加载，为神经再生提供适宜微环境，促进神经组织功能恢复。结合多种神经再生的优化策略，拓展丝蛋白支架在神经组织修复中的应用范围，实现大尺寸周围神经损伤的有效治疗是未来重要发展方向。
创伤是导致周围神经损伤的主要原因，通常导致肢体功能障碍、感觉迟钝和神经性疼痛[1-3]。小间隙神经损伤通过手术可直接缝合，但超过5 mm的大间隙神经损伤需要其他医疗手段干预[4-6]。自体神经移植是治疗大间隙神经损伤的“金标准”，腓肠神经、浅表神经和前臂神经都已被用作移植神经来源，但自体神经有限以及存在供区并发症等问题限制了自体神经移植的广泛应用。目前，人工神经移植物逐渐成为自体神经移植的有效替代方案，多种天然和合成聚合物（如胶原、壳聚糖、聚乙醇酸和导电聚吡咯等）被用于制造人工神经移植物，并通过构建有利于神经再生的微环境实现神经组织修复[7-12]。随着材料结构和性能的优化，再生神经组织的功能不断改善，提示人工神经移植物具有良好应用前景[13-17]。
在现有神经修复材料中，天然可降解材料因细胞相容性好、降解产物对神经组织副作用低，逐渐成为本领域的研究重点[18-20]。蚕丝是具有中国特色的纤维材料，近年来在再生医学领域获得普遍关注。蚕丝主要由内部的丝蛋白和外部的丝胶蛋白组成，两种蛋白均具有良好的生物相容性和促进细胞增殖、组织再生能力，可应用于皮肤、血管、骨、神经等组织的再生。在实际应用中，通过碳酸钠等盐溶液溶解去除丝胶蛋白即可获得丝蛋白纤维，纯化工艺简单，便于规模化生产和处理；而丝胶蛋白在盐溶液中浓度低，提纯困难，因此与丝胶蛋白相比，丝蛋白在再生医学领域更受研究者青睐[21-23]。丝蛋白不仅可以设计加工成类似于天然周围神经的多种仿生结构[24-25]，同时可作为载体加载不同活性成分，并通过对不同活性成分的控释实现炎症反应、抗氧化性能以及促血管化能力的调节，以创造更有利于神经再生的微环境，在神经组织工程领域备受关注。考虑到丝蛋白在神经组织工程中的广泛应用，本文将着重介绍丝蛋白在周围神经再生的最新研究进展，特别是以丝蛋白为基质引入不同诱导信号主动刺激周围神经修复的研究成果，评估它们在治疗周围神经损伤方面的临床应用前景。
1 丝蛋白神经修复材料的基本特征
尽管聚氨酯和胶原蛋白等生物材料已被批准用于临床周围神经组织损伤修复治疗，但两者存在临床效果一般或成本较高的问题，限制其广泛应用。与胶原相比，丝蛋白来源丰富、成本低廉且更易加工，其良好的生物相容性、力学性能以及合适的渗透性等特点使其在周围神经修复中具有显著优势[26-27]。
受损的周围神经通常会出现微环境变化，引发炎症反应和氧化应激，导致巨噬细胞浸润、神经细胞死亡以及远端神经节段脱髓鞘等，最终受损部分形成瘢痕，在物理上阻碍神经通路重建[28-30]。在周围神经组织修复中，植入人工支架旨在通过构筑物理屏障避免瘢痕组织浸润，提供有利于神经再生的微环境，支架自身应具有合适的生物相容性和生物活性，尽可能避免对神经修复的不良影响[3，31]。神经导管是人工植入支架的常见类型，理想的神经导管应具有优异的生物相容性以及与天然神经相似的渗透性和机械特性[32-33]。大量研究表明，不同神经细胞在丝蛋白材料上均表现出良好的黏附和增殖行为。Yang等[34]利用丝蛋白提取液和普通培养基分别培养大鼠雪旺细胞，他们发现细胞在丝蛋白提取液中的活力、增殖和生长因子分泌行为与在普通培养基中培养的细胞相似。丝蛋白材料还可以通过细胞外基质（extracellular matrix，ECM）的仿生设计进一步提高生物相容性。以丝蛋白纳米纤维为基质制备的仿生材料表现出更好的促进细胞生长、增殖能力，不仅雪旺细胞增殖更快，细胞之间的相互作用和聚集性能也获得显著提升[35]。除了优异的生物相容性，丝蛋白材料的可设计性赋予其合适的力学性能和渗透性，更好地满足周围神经组织修复要求。研究表明当孔隙直径为10～20 μm时，导管具有合适的渗透行为，可通过有效清除代谢产物和及时营养供给促进神经再生[36]。丝蛋白周围神经导管的孔隙可通过浓度和交联等方式进行主动调控，以优化渗透性能并获得更好的组织修复效果[37]。赋予导管适当的机械性能可避免其撕裂或塌陷[38-39]。丝蛋白神经导管机械性能可控，利用酶交联等方法制备的丝蛋白导管拉伸强度可达（7.7±0.8）MPa，类似于猪腓骨和胫骨神经，能够为周围神经再生提供适宜的力学环境[40-41]。这些研究表明以丝蛋白为基质制备的神经导管在生物相容性、渗透性以及机械性能等方面均可满足周围神经组织修复的要求，丝蛋白是周围神经修复的理想材料。
2 丝蛋白基神经导管的结构设计
2.1 空心多孔结构
在周围神经导管的研究中，导管最初为简单的圆柱形空心管，为神经组织再生提供空间，并避免外周组织侵入。随着研究深入，在空心多孔导管中更好地引导神经细胞黏附、增殖和迁移成为提高其神经修复性能的有效策略。对空心管的物理结构进行特殊设计，如引入多孔/凹槽、各向异性的表面结构、多通道结构和填充复合结构等，可以主动诱导神经细胞黏附、增殖和迁移，加快神经再生[42]。
2.2 各向异性的多通道结构
表面结构对神经再生有显著影响[43-44]，取向排列凹槽可以诱导雪旺细胞定向生长和迁移。Gu等[45]通过凹槽模板调节丝蛋白凝胶上的排列凹槽，以改善轴突伸长情况，当凹槽尺寸为30 μm时可实现最佳再生效果。然而，单管状导管无法模拟神经的神经束结构，中空间隙会导致神经连接错位，再生神经组织难以实现功能恢复正常。为提高神经修复效果，研究者尝试利用丝蛋白制备多通道神经导管，以更好地模拟天然神经束结构。有研究通过电纺丝首先制备取向结构的丝蛋白薄膜，随后通过卷曲技术获得多通道导管；利用上述多通道导管进行周围神经组织修复，神经轴突延长性能显著改善，再生神经组织功能提升，证明上述取向多通道结构能够有效诱导神经再生[46-48]。温度响应形状记忆聚合物（temperature responsive shape memory polymers，TRSMPs）也被用于多通道结构的制备。TRSMPs能够通过温度调节形成直径可调的多通道导管，将其和丝蛋白结合，可制备性能更好的多通道神经导管[49]，获得比单通道导管更优异的神经修复能力。然而，尽管多通道技术的使用提高了丝蛋白基导管的神经再生能力，但与自体神经修复相比仍存在显著差距，需要进一步优化材料的仿生设计来获得与自体神经移植相似的治疗效果[50-51]。
2.3 填充物-导管复合结构
ECM可参与多个生化过程，主动影响组织再生[52-53]。ECM的多级三维结构可主动调控细胞生长、迁移、分化和分泌等行为，诱导组织的再生和修复。除了物理信号，神经组织ECM中还存在层粘连蛋白和纤维连接蛋白等不同蛋白质聚集体，同样可影响细胞的迁移和分化[54]。例如，层粘连蛋白刺激轴突再生并激活雪旺细胞[55-56]，纤维连接蛋白可以促进细胞黏附和生长[57-58]。因此，同时模拟ECM的微结构和组成，可为神经修复提供更友好的微环境。
基于如上策略，研究者尝试通过在丝蛋白神经导管中同时引入物理仿生信号和生长因子来提高神经再生的速度和质量。为更好模拟神经特殊微环境，有研究者将磁性聚乳酸-羟基乙酸共聚物［poly（lactic-co-glycolic acid），PLGA］ 微胶囊加载NGF后，填充至丝蛋白/明胶复合神经管中，利用磁场调节微胶囊，实现其在管道内部的梯度和各向异性分布。通过微胶囊的梯度分布结合生长因子的缓慢控释，成功获得生长因子梯度分布的丝蛋白基神经导管，为神经再生同时提供梯度和因子诱导信号，修复效果明显改善[59-61]。
考虑到结构和性能的可调控性，丝蛋白不仅能用于制备神经导管，同时还可设计制备成神经导管的填充物，以更好地模拟ECM的微观结构[62-63]。Rao等[64]设计了一种填充聚乳酸和丝蛋白纳米纤维海绵的壳聚糖神经导管，采用气体发泡技术制备纳米纤维海绵以避免形成薄膜层，保证填充物的通透性，结果显示填充纳米纤维海绵的复合神经导管能够显著促进神经再生。为了优化填充物的多级仿生结构，Du等[65]开发了取向纤维蛋白填充的壳聚糖神经导管，雪旺细胞在神经导管中培养3 d可形成排列整齐的聚集体，证明了取向结构的诱导作用。有研究利用大鼠坐骨神经损伤模型对导管性能进行评价发现，导管植入12周后再生神经组织的神经纤维直径和髓鞘厚度接近自体神经移植，表明取向的纳米纤维对神经再生具有促进作用[66-67]。丝蛋白能够在溶液中自组装形成高电荷密度的纳米纤维，可以在电场力作用下迁移形成取向结构，同样被用于神经的取向仿生设计[68-69]。Lu等[24]利用电场诱导丝蛋白纳米纤维取向形成凝胶，用于周围神经修复取得了与自体神经移植相近的结果。该方法制备的丝蛋白纳米纤维凝胶还可以负载姜黄素和NGF等活性成分，优化诱导神经再生微环境，不断提高丝蛋白纳米纤维神经导管的性能[68，70-71]。
3 加载活性成分的丝蛋白神经导管
3.1 加载神经营养因子的丝蛋白神经导管
神经组织损伤后，损伤部位的神经细胞会应答性分泌各种神经营养因子和生物活性分子启动再生修复[72]。不同的神经营养因子可分别起到促进神经元存活、诱导轴突再生、刺激雪旺细胞迁移等作用。例如，NGF主要促进感觉神经元的生长，而胶质细胞源性神经因子（glial cell line-derived neurotrophic factor，GDNF）主要作用于运动神经元[73-75]。周围神经再生是一个缓慢过程，需要不同神经营养因子和生物活性分子长期刺激。丝蛋白可以加载不同性质的因子和活性成分，研究者以其作为载体和基质，已开发出多种加载药物的丝蛋白支架。Carvalho等[76]分别采用丝蛋白溶液中加入神经营养因子再酶交联形成导管，以及先酶交联丝蛋白形成导管再浸泡吸附的方法，制备含有神经营养因子的丝蛋白神经导管，成功将GDNF和NGF加载至丝蛋白神经导管。结果显示，不同方法制备的神经导管表现出不同的药物释放行为，其中第1种方法制备的导管仅有微量GDNF和NGF缓慢释放，而第2种方法由于神经营养因子固定于导管表面，NGF早期突释，GDNF则缓慢持续释放。不同的释放行为使导管具有不同生物活性，动物实验结果表明，缓慢释放的GDNF更有利于再生神经的血管化[77]。
与其他天然材料相比，丝蛋白特殊的亲疏水嵌段结构有利于保持因子活性。Lu等[78]发现部分生物酶可与丝蛋白氨基酸链的疏水区相互作用以保持其活性，固定在丝蛋白膜中的葡萄糖氧化酶在室温下放置10个月后，仍表现出良好活性。Uebersax等[79]制备了固定NGF的丝蛋白膜，固定于膜上的NGF可持续释放3周以上，且一直维持优异生物活性。神经源性生物活性分子在水溶液中可与丝蛋白分子作用，从而提高活性分子的稳定性。将添加有神经营养素3的丝蛋白溶液涂覆在PLGA支架上，可制备PLGA-丝蛋白复合支架，在复合支架上共同培养神经干细胞和雪旺细胞能够主动诱导神经元和髓鞘形成[80]。在此基础上调整丝蛋白溶液的涂覆时间可以实现活性物的梯度分布，进一步促进神经再生[81]。丝蛋白也可以制备成微球来加载神经营养因子，并通过控制微球的分布实现神经营养因子的梯度缓释[82]。为在神经再生不同阶段更好地调控活性成分梯度，研究者将温度响应性材料和丝蛋白结合，利用温度响应性主动调控活性成分的分布。Huang等[61]设计了一种明胶-丝蛋白复合神经导管，其中丝蛋白提供机械性能，明胶赋予导管温度响应性，通过明胶不同温度下可逆的溶胶-凝胶相转变，使得复合导管在温度>20℃时具有一定流动性。将负载有NGF的磁性纳米粒子引入复合导管中，在合适温度下施加磁场刺激诱导磁性粒子迁移，可同时实现各向异性和梯度分布，为神经再生提供主动调节的可控微环境[56]。适当的电信号刺激同样有利于神经再生，将电刺激同生长因子结合，通过协同作用改善再生性能是神经导管研究的重要方向[83]。Cai等[84]首先利用扩散效应在甲基丙烯酸甲酯改性的丝蛋白水凝胶中实现神经营养因子的梯度分布，随后涂覆石墨烯纳米管获得导电性，通过石墨烯纳米管的电刺激和梯度分布的神经营养因子协同作用，显著促进雪旺细胞的迁移。
不同种类的神经营养因子可通过协同作用动态调控神经再生，神经再生的不同阶段对生长因子的需求存在差异，因此在神经导管内根据神经再生不同阶段需求，独立控制不同生长因子的释放行为，能够优化神经再生不同阶段的微环境，获得更好的修复效果[85-87]。Catrina等[88]研究了GDNF和NGF在丝蛋白和胶原中的释放动力学，通过调整复合支架中丝蛋白和胶原的比例，优化不同因子的释放行为，获得最佳的组织修复效果。
3.2 加载天然和合成药物的丝蛋白神经导管
除神经营养因子外，许多药物如尿石蛋白A、姜黄素、维甲酸、FK506、褪黑素、阿伐他汀和水飞蓟素等同样可刺激神经再生[89-98]。严重的炎症反应和氧化自由基会导致损伤部位雪旺细胞死亡以及瘢痕形成，因此具有抗氧化和抗炎能力的小分子药物可以通过减轻炎症和氧化应激程度，避免神经组织进一步损伤[28，69]。然而，上述药物中多数为疏水性药物，如何提高其在水相体系中的溶解和分散是决定其应用效果的关键。丝蛋白作为药物载体已被用于装载各种疏水性小分子药物，为上述药物在神经修复中的应用提供了新的解决思路。Zhang等[68]开发出一种溶剂体系药物转移的方法，成功将疏水性药物加载至丝蛋白纳米纤维上并将其分散到水溶液中，将上述加载体系和丝蛋白取向凝胶技术结合，可制备加载姜黄素、维甲酸等活性成分的取向神经导管。Liu等[71]利用该方法将疏水性积雪草苷加载至丝蛋白纳米纤维上，有效抑制了瘢痕组织形成。基于该策略，设计加载不同药物的丝蛋白神经导管，实现周围神经组织的再生和功能修复将成为本领域富有潜力的研究方向。
4 总结及展望
周围神经再生受多种物理和生物化学信号的调节，丝蛋白能够同时调控物理和生物化学信号，是制备神经导管的理想基质。以丝蛋白为基质，通过微米/纳米尺度的结构仿生、多通道结构的设计、取向信号的优化，以及不同活性成分的加载控释和梯度分布，不同团队已成功制备具有生物活性的神经导管，在周围神经组织修复领域取得良好效果。
与皮肤、骨等其他组织相比，周围神经修复更为复杂，需要整合生物、组织工程、材料和临床医学等多个学科的知识，构筑有利于组织修复的微环境，主动诱导组织再生。尽管目前已有多个神经导管产品应用于临床，但是可主动诱导神经修复的生物活性神经导管研究仍多处于动物实验阶段，优化材料的功能设计以期更好地满足临床需求，依然存在较大挑战。与其他材料相比，丝蛋白在多种信号的引入和主动设计方面具有显著优势。以丝蛋白为平台，可通过简单的物理方法在神经导管内部同时实现取向、力学、多级微结构的仿生设计，避免化学改性以及其他有毒有害物质的使用，获得兼具生物相容性和生物活性的神经导管。同时，利用丝蛋白可加载控释不同活性成分的优势，可根据神经修复具体需求，在实现多维度仿生设计的同时加载调节炎症、促血管、诱导神经分化的因子和药物，主动设计不同活性成分的释放行为，构筑动态变化微环境，更积极主动地诱导神经再生，有望超越自体神经移植，为大尺寸神经损伤修复提供新思路。
利益冲突 在课题研究和文章撰写过程中不存在利益冲突
作者贡献声明 吴俊峰：内容构思、文献查找、文章撰写；孔祥东：文章审阅和修改；吕强：文章设计、统筹、对学术内容进行指导修改
丝蛋白作为功能化的材料平台可实现仿生结构的多重设计和多种活性成分加载，为神经再生提供适宜微环境，促进神经组织功能恢复。结合多种神经再生的优化策略，拓展丝蛋白支架在神经组织修复中的应用范围，实现大尺寸周围神经损伤的有效治疗是未来重要发展方向。
创伤是导致周围神经损伤的主要原因，通常导致肢体功能障碍、感觉迟钝和神经性疼痛[1-3]。小间隙神经损伤通过手术可直接缝合，但超过5 mm的大间隙神经损伤需要其他医疗手段干预[4-6]。自体神经移植是治疗大间隙神经损伤的“金标准”，腓肠神经、浅表神经和前臂神经都已被用作移植神经来源，但自体神经有限以及存在供区并发症等问题限制了自体神经移植的广泛应用。目前，人工神经移植物逐渐成为自体神经移植的有效替代方案，多种天然和合成聚合物（如胶原、壳聚糖、聚乙醇酸和导电聚吡咯等）被用于制造人工神经移植物，并通过构建有利于神经再生的微环境实现神经组织修复[7-12]。随着材料结构和性能的优化，再生神经组织的功能不断改善，提示人工神经移植物具有良好应用前景[13-17]。
在现有神经修复材料中，天然可降解材料因细胞相容性好、降解产物对神经组织副作用低，逐渐成为本领域的研究重点[18-20]。蚕丝是具有中国特色的纤维材料，近年来在再生医学领域获得普遍关注。蚕丝主要由内部的丝蛋白和外部的丝胶蛋白组成，两种蛋白均具有良好的生物相容性和促进细胞增殖、组织再生能力，可应用于皮肤、血管、骨、神经等组织的再生。在实际应用中，通过碳酸钠等盐溶液溶解去除丝胶蛋白即可获得丝蛋白纤维，纯化工艺简单，便于规模化生产和处理；而丝胶蛋白在盐溶液中浓度低，提纯困难，因此与丝胶蛋白相比，丝蛋白在再生医学领域更受研究者青睐[21-23]。丝蛋白不仅可以设计加工成类似于天然周围神经的多种仿生结构[24-25]，同时可作为载体加载不同活性成分，并通过对不同活性成分的控释实现炎症反应、抗氧化性能以及促血管化能力的调节，以创造更有利于神经再生的微环境，在神经组织工程领域备受关注。考虑到丝蛋白在神经组织工程中的广泛应用，本文将着重介绍丝蛋白在周围神经再生的最新研究进展，特别是以丝蛋白为基质引入不同诱导信号主动刺激周围神经修复的研究成果，评估它们在治疗周围神经损伤方面的临床应用前景。
1 丝蛋白神经修复材料的基本特征
尽管聚氨酯和胶原蛋白等生物材料已被批准用于临床周围神经组织损伤修复治疗，但两者存在临床效果一般或成本较高的问题，限制其广泛应用。与胶原相比，丝蛋白来源丰富、成本低廉且更易加工，其良好的生物相容性、力学性能以及合适的渗透性等特点使其在周围神经修复中具有显著优势[26-27]。
受损的周围神经通常会出现微环境变化，引发炎症反应和氧化应激，导致巨噬细胞浸润、神经细胞死亡以及远端神经节段脱髓鞘等，最终受损部分形成瘢痕，在物理上阻碍神经通路重建[28-30]。在周围神经组织修复中，植入人工支架旨在通过构筑物理屏障避免瘢痕组织浸润，提供有利于神经再生的微环境，支架自身应具有合适的生物相容性和生物活性，尽可能避免对神经修复的不良影响[3，31]。神经导管是人工植入支架的常见类型，理想的神经导管应具有优异的生物相容性以及与天然神经相似的渗透性和机械特性[32-33]。大量研究表明，不同神经细胞在丝蛋白材料上均表现出良好的黏附和增殖行为。Yang等[34]利用丝蛋白提取液和普通培养基分别培养大鼠雪旺细胞，他们发现细胞在丝蛋白提取液中的活力、增殖和生长因子分泌行为与在普通培养基中培养的细胞相似。丝蛋白材料还可以通过细胞外基质（extracellular matrix，ECM）的仿生设计进一步提高生物相容性。以丝蛋白纳米纤维为基质制备的仿生材料表现出更好的促进细胞生长、增殖能力，不仅雪旺细胞增殖更快，细胞之间的相互作用和聚集性能也获得显著提升[35]。除了优异的生物相容性，丝蛋白材料的可设计性赋予其合适的力学性能和渗透性，更好地满足周围神经组织修复要求。研究表明当孔隙直径为10～20 μm时，导管具有合适的渗透行为，可通过有效清除代谢产物和及时营养供给促进神经再生[36]。丝蛋白周围神经导管的孔隙可通过浓度和交联等方式进行主动调控，以优化渗透性能并获得更好的组织修复效果[37]。赋予导管适当的机械性能可避免其撕裂或塌陷[38-39]。丝蛋白神经导管机械性能可控，利用酶交联等方法制备的丝蛋白导管拉伸强度可达（7.7±0.8）MPa，类似于猪腓骨和胫骨神经，能够为周围神经再生提供适宜的力学环境[40-41]。这些研究表明以丝蛋白为基质制备的神经导管在生物相容性、渗透性以及机械性能等方面均可满足周围神经组织修复的要求，丝蛋白是周围神经修复的理想材料。
2 丝蛋白基神经导管的结构设计
2.1 空心多孔结构
在周围神经导管的研究中，导管最初为简单的圆柱形空心管，为神经组织再生提供空间，并避免外周组织侵入。随着研究深入，在空心多孔导管中更好地引导神经细胞黏附、增殖和迁移成为提高其神经修复性能的有效策略。对空心管的物理结构进行特殊设计，如引入多孔/凹槽、各向异性的表面结构、多通道结构和填充复合结构等，可以主动诱导神经细胞黏附、增殖和迁移，加快神经再生[42]。
2.2 各向异性的多通道结构
表面结构对神经再生有显著影响[43-44]，取向排列凹槽可以诱导雪旺细胞定向生长和迁移。Gu等[45]通过凹槽模板调节丝蛋白凝胶上的排列凹槽，以改善轴突伸长情况，当凹槽尺寸为30 μm时可实现最佳再生效果。然而，单管状导管无法模拟神经的神经束结构，中空间隙会导致神经连接错位，再生神经组织难以实现功能恢复正常。为提高神经修复效果，研究者尝试利用丝蛋白制备多通道神经导管，以更好地模拟天然神经束结构。有研究通过电纺丝首先制备取向结构的丝蛋白薄膜，随后通过卷曲技术获得多通道导管；利用上述多通道导管进行周围神经组织修复，神经轴突延长性能显著改善，再生神经组织功能提升，证明上述取向多通道结构能够有效诱导神经再生[46-48]。温度响应形状记忆聚合物（temperature responsive shape memory polymers，TRSMPs）也被用于多通道结构的制备。TRSMPs能够通过温度调节形成直径可调的多通道导管，将其和丝蛋白结合，可制备性能更好的多通道神经导管[49]，获得比单通道导管更优异的神经修复能力。然而，尽管多通道技术的使用提高了丝蛋白基导管的神经再生能力，但与自体神经修复相比仍存在显著差距，需要进一步优化材料的仿生设计来获得与自体神经移植相似的治疗效果[50-51]。
2.3 填充物-导管复合结构
ECM可参与多个生化过程，主动影响组织再生[52-53]。ECM的多级三维结构可主动调控细胞生长、迁移、分化和分泌等行为，诱导组织的再生和修复。除了物理信号，神经组织ECM中还存在层粘连蛋白和纤维连接蛋白等不同蛋白质聚集体，同样可影响细胞的迁移和分化[54]。例如，层粘连蛋白刺激轴突再生并激活雪旺细胞[55-56]，纤维连接蛋白可以促进细胞黏附和生长[57-58]。因此，同时模拟ECM的微结构和组成，可为神经修复提供更友好的微环境。
基于如上策略，研究者尝试通过在丝蛋白神经导管中同时引入物理仿生信号和生长因子来提高神经再生的速度和质量。为更好模拟神经特殊微环境，有研究者将磁性聚乳酸-羟基乙酸共聚物［poly（lactic-co-glycolic acid），PLGA］ 微胶囊加载NGF后，填充至丝蛋白/明胶复合神经管中，利用磁场调节微胶囊，实现其在管道内部的梯度和各向异性分布。通过微胶囊的梯度分布结合生长因子的缓慢控释，成功获得生长因子梯度分布的丝蛋白基神经导管，为神经再生同时提供梯度和因子诱导信号，修复效果明显改善[59-61]。
考虑到结构和性能的可调控性，丝蛋白不仅能用于制备神经导管，同时还可设计制备成神经导管的填充物，以更好地模拟ECM的微观结构[62-63]。Rao等[64]设计了一种填充聚乳酸和丝蛋白纳米纤维海绵的壳聚糖神经导管，采用气体发泡技术制备纳米纤维海绵以避免形成薄膜层，保证填充物的通透性，结果显示填充纳米纤维海绵的复合神经导管能够显著促进神经再生。为了优化填充物的多级仿生结构，Du等[65]开发了取向纤维蛋白填充的壳聚糖神经导管，雪旺细胞在神经导管中培养3 d可形成排列整齐的聚集体，证明了取向结构的诱导作用。有研究利用大鼠坐骨神经损伤模型对导管性能进行评价发现，导管植入12周后再生神经组织的神经纤维直径和髓鞘厚度接近自体神经移植，表明取向的纳米纤维对神经再生具有促进作用[66-67]。丝蛋白能够在溶液中自组装形成高电荷密度的纳米纤维，可以在电场力作用下迁移形成取向结构，同样被用于神经的取向仿生设计[68-69]。Lu等[24]利用电场诱导丝蛋白纳米纤维取向形成凝胶，用于周围神经修复取得了与自体神经移植相近的结果。该方法制备的丝蛋白纳米纤维凝胶还可以负载姜黄素和NGF等活性成分，优化诱导神经再生微环境，不断提高丝蛋白纳米纤维神经导管的性能[68，70-71]。
3 加载活性成分的丝蛋白神经导管
3.1 加载神经营养因子的丝蛋白神经导管
神经组织损伤后，损伤部位的神经细胞会应答性分泌各种神经营养因子和生物活性分子启动再生修复[72]。不同的神经营养因子可分别起到促进神经元存活、诱导轴突再生、刺激雪旺细胞迁移等作用。例如，NGF主要促进感觉神经元的生长，而胶质细胞源性神经因子（glial cell line-derived neurotrophic factor，GDNF）主要作用于运动神经元[73-75]。周围神经再生是一个缓慢过程，需要不同神经营养因子和生物活性分子长期刺激。丝蛋白可以加载不同性质的因子和活性成分，研究者以其作为载体和基质，已开发出多种加载药物的丝蛋白支架。Carvalho等[76]分别采用丝蛋白溶液中加入神经营养因子再酶交联形成导管，以及先酶交联丝蛋白形成导管再浸泡吸附的方法，制备含有神经营养因子的丝蛋白神经导管，成功将GDNF和NGF加载至丝蛋白神经导管。结果显示，不同方法制备的神经导管表现出不同的药物释放行为，其中第1种方法制备的导管仅有微量GDNF和NGF缓慢释放，而第2种方法由于神经营养因子固定于导管表面，NGF早期突释，GDNF则缓慢持续释放。不同的释放行为使导管具有不同生物活性，动物实验结果表明，缓慢释放的GDNF更有利于再生神经的血管化[77]。
与其他天然材料相比，丝蛋白特殊的亲疏水嵌段结构有利于保持因子活性。Lu等[78]发现部分生物酶可与丝蛋白氨基酸链的疏水区相互作用以保持其活性，固定在丝蛋白膜中的葡萄糖氧化酶在室温下放置10个月后，仍表现出良好活性。Uebersax等[79]制备了固定NGF的丝蛋白膜，固定于膜上的NGF可持续释放3周以上，且一直维持优异生物活性。神经源性生物活性分子在水溶液中可与丝蛋白分子作用，从而提高活性分子的稳定性。将添加有神经营养素3的丝蛋白溶液涂覆在PLGA支架上，可制备PLGA-丝蛋白复合支架，在复合支架上共同培养神经干细胞和雪旺细胞能够主动诱导神经元和髓鞘形成[80]。在此基础上调整丝蛋白溶液的涂覆时间可以实现活性物的梯度分布，进一步促进神经再生[81]。丝蛋白也可以制备成微球来加载神经营养因子，并通过控制微球的分布实现神经营养因子的梯度缓释[82]。为在神经再生不同阶段更好地调控活性成分梯度，研究者将温度响应性材料和丝蛋白结合，利用温度响应性主动调控活性成分的分布。Huang等[61]设计了一种明胶-丝蛋白复合神经导管，其中丝蛋白提供机械性能，明胶赋予导管温度响应性，通过明胶不同温度下可逆的溶胶-凝胶相转变，使得复合导管在温度>20℃时具有一定流动性。将负载有NGF的磁性纳米粒子引入复合导管中，在合适温度下施加磁场刺激诱导磁性粒子迁移，可同时实现各向异性和梯度分布，为神经再生提供主动调节的可控微环境[56]。适当的电信号刺激同样有利于神经再生，将电刺激同生长因子结合，通过协同作用改善再生性能是神经导管研究的重要方向[83]。Cai等[84]首先利用扩散效应在甲基丙烯酸甲酯改性的丝蛋白水凝胶中实现神经营养因子的梯度分布，随后涂覆石墨烯纳米管获得导电性，通过石墨烯纳米管的电刺激和梯度分布的神经营养因子协同作用，显著促进雪旺细胞的迁移。
不同种类的神经营养因子可通过协同作用动态调控神经再生，神经再生的不同阶段对生长因子的需求存在差异，因此在神经导管内根据神经再生不同阶段需求，独立控制不同生长因子的释放行为，能够优化神经再生不同阶段的微环境，获得更好的修复效果[85-87]。Catrina等[88]研究了GDNF和NGF在丝蛋白和胶原中的释放动力学，通过调整复合支架中丝蛋白和胶原的比例，优化不同因子的释放行为，获得最佳的组织修复效果。
3.2 加载天然和合成药物的丝蛋白神经导管
除神经营养因子外，许多药物如尿石蛋白A、姜黄素、维甲酸、FK506、褪黑素、阿伐他汀和水飞蓟素等同样可刺激神经再生[89-98]。严重的炎症反应和氧化自由基会导致损伤部位雪旺细胞死亡以及瘢痕形成，因此具有抗氧化和抗炎能力的小分子药物可以通过减轻炎症和氧化应激程度，避免神经组织进一步损伤[28，69]。然而，上述药物中多数为疏水性药物，如何提高其在水相体系中的溶解和分散是决定其应用效果的关键。丝蛋白作为药物载体已被用于装载各种疏水性小分子药物，为上述药物在神经修复中的应用提供了新的解决思路。Zhang等[68]开发出一种溶剂体系药物转移的方法，成功将疏水性药物加载至丝蛋白纳米纤维上并将其分散到水溶液中，将上述加载体系和丝蛋白取向凝胶技术结合，可制备加载姜黄素、维甲酸等活性成分的取向神经导管。Liu等[71]利用该方法将疏水性积雪草苷加载至丝蛋白纳米纤维上，有效抑制了瘢痕组织形成。基于该策略，设计加载不同药物的丝蛋白神经导管，实现周围神经组织的再生和功能修复将成为本领域富有潜力的研究方向。
4 总结及展望
周围神经再生受多种物理和生物化学信号的调节，丝蛋白能够同时调控物理和生物化学信号，是制备神经导管的理想基质。以丝蛋白为基质，通过微米/纳米尺度的结构仿生、多通道结构的设计、取向信号的优化，以及不同活性成分的加载控释和梯度分布，不同团队已成功制备具有生物活性的神经导管，在周围神经组织修复领域取得良好效果。
与皮肤、骨等其他组织相比，周围神经修复更为复杂，需要整合生物、组织工程、材料和临床医学等多个学科的知识，构筑有利于组织修复的微环境，主动诱导组织再生。尽管目前已有多个神经导管产品应用于临床，但是可主动诱导神经修复的生物活性神经导管研究仍多处于动物实验阶段，优化材料的功能设计以期更好地满足临床需求，依然存在较大挑战。与其他材料相比，丝蛋白在多种信号的引入和主动设计方面具有显著优势。以丝蛋白为平台，可通过简单的物理方法在神经导管内部同时实现取向、力学、多级微结构的仿生设计，避免化学改性以及其他有毒有害物质的使用，获得兼具生物相容性和生物活性的神经导管。同时，利用丝蛋白可加载控释不同活性成分的优势，可根据神经修复具体需求，在实现多维度仿生设计的同时加载调节炎症、促血管、诱导神经分化的因子和药物，主动设计不同活性成分的释放行为，构筑动态变化微环境，更积极主动地诱导神经再生，有望超越自体神经移植，为大尺寸神经损伤修复提供新思路。
利益冲突 在课题研究和文章撰写过程中不存在利益冲突
作者贡献声明 吴俊峰：内容构思、文献查找、文章撰写；孔祥东：文章审阅和修改；吕强：文章设计、统筹、对学术内容进行指导修改