骨关节炎（OA）是一类全关节退行性病变，主要由机械负荷过载引发，现有疗法无法利用力学信号阻断软骨退变进程。

2026年5月19日，北京大学刘洋、傅开元、邓旭亮共同通讯在Advanced Science在线发表题为“Mastication-Induced Electrical Stimulation Activates Prg4+ Chondroprogenitors for Osteoarthritis Therapy”的研究论文，本研究制备咀嚼驱动型掺镁压电纳米纤维材料MagPie，该材料可将关节力学载荷转化为局部电刺激，同时释放Mg²⁺中和酸性微环境。体外实验表明，机械刺激作用下MagPie可促进软骨细胞合成代谢，并抑制炎症反应。

在负荷过载诱导的大鼠颞下颌关节OA模型中，联合生理性咀嚼运动干预后，MagPie能够修复受损骨软骨单元。借助单细胞转录组分析，研究鉴定出具备电响应特性的Prg4⁺类软骨祖细胞群，该细胞是软骨再生的关键介导细胞。机制层面，MagPie激活Prg4⁺细胞后，经由细胞外基质介导的FAK-PI3K-Akt通路提升细胞合成代谢能力，同时调控巨噬细胞向抗炎表型极化，改善关节炎微环境。敲除Prg4基因会削弱MagPie的治疗效果。综上，本研究揭示了电响应组织修复相关机制，建立变关节过载损伤为修复动力的新型策略，利用关节过载激活内源性再生程序，为OA治疗提供新思路。

骨关节炎（OA）是高发的全关节退行性疾病。作为引发疼痛与肢体功能障碍的主要病因，OA带来的疾病负担持续加重，严重影响患者生活，同时大幅消耗医疗资源并造成社会经济损失。颞下颌关节（TMJ）是维持咀嚼功能的特殊颅颌面关节，也是OA的高发部位。负重关节OA多与年龄相关，而TMJOA多发于20至40岁人群，主要原因是青壮年关节盘前移位（ADD）发生率较高。病情进展后，患者髁突结构出现异常，进而引发颌面部畸形、咬合紊乱与功能障碍，生活质量显著下降。

TMJ髁突软骨是下颌骨骼系统的生长核心，调控颌骨形态发育。该关节表面覆盖纤维软骨，不同于多数关节的透明软骨。纤维软骨内的干/祖细胞可分化为成熟软骨细胞，使髁突终身具备活跃重塑能力，快速响应机械负荷刺激。关节盘前移位造成的负荷过载会耗尽祖细胞储备，诱发软骨退行性病变，最终损害下颌骨生长与关节功能。软骨自身再生能力有限，现有治疗手段仅以缓解症状为主，无法修复组织结构，晚期TMJOA患者往往需要接受关节置换手术。临床研究尝试向关节腔内输注脂肪来源干细胞、鼻中隔软骨祖细胞等外源性干祖细胞，但仍存在免疫排斥、制备流程复杂等难题。因此亟需探寻激活并维系内源性纤维软骨干祖细胞活性的方法，以此促进软骨再生、保护髁突结构完整性。已有研究证实，Prg4⁺细胞亚群Procr⁺软骨祖细胞可感知机械刺激，靶向机械敏感细胞群有望实现软骨修复。

软骨属于典型压电组织，对电刺激（ES）高度敏感，与软骨下骨协同维持关节稳态。多项研究证实电刺激可调控细胞活性、助力组织修复，各类电刺激干预手段能够促进细胞外基质（ECM）合成，诱导软骨分化。压电材料可无创将机械信号转化为电信号，在软骨修复与生物电子治疗领域应用前景广阔。本团队前期研究证实，可降解聚左旋乳酸（PLLA）压电支架可实现无电池电刺激，修复兔膝关节骨软骨缺损处的透明软骨，但该材料在其他关节环境中的作用尚不明确，压电效应介导软骨修复的关键细胞与分子机制也未阐明。

Prg4 缺失会削弱MagPie对TMJOA的治疗效果（图源自Advanced Science ）

本研究假设压电薄膜可利用关节过载产生电信号，并释放Mg²⁺，进而促进软骨再生、抑制炎症。研究制备可释放Mg²⁺、中和酸性环境并提供电刺激的咀嚼驱动型掺镁压电纳米纤维材料MagPie。咀嚼过程中关节反复作用于MagPie，可在髁突表面释放更多电荷与Mg²⁺，进一步修复软骨、改善TMJ炎症微环境。为验证该假设，本研究开展两项探究：一、体内外实验评估MagPie利用关节盘前移位引发的机械过载促进软骨再生的效果；二、借助单细胞RNA测序，筛选TMJOA电疗过程中的关键应答细胞，阐明相关作用机制。

参考消息：https://doi.org/10.1002/advs.75725