干细胞来源线粒体抑制炎症性骨吸收的机制探秘

《BMC Musculoskeletal Disorders》：Mitochondria derived from Stem cells modulated the biological behavior of monocyte-macrophages and inhibited inflammatory bone resorption

为探究炎症性骨吸收抑制机制，研究人员开展干细胞来源线粒体研究，发现其可抑制骨吸收，意义重大。

　　炎症性骨吸收是多种肌肉骨骼疾病的重要病理过程，像骨折愈合不佳、骨质疏松以及炎症性关节炎等都与之相关。它不仅降低患者生活质量，还增加残疾风险。在骨折内固定手术中，骨折部位的正常愈合和塑形对手术成功至关重要，然而炎症性骨吸收却会干扰这一过程，影响手术效果。目前，虽然知道炎症细胞在骨重塑阶段会浸润到骨折部位，释放如白细胞介素（IL）-1β、IL-6、IL-17、肿瘤坏死因子 -α（TNF-α）、核因子 κB 受体活化因子配体（RANKL）、巨噬细胞集落刺激因子（M-CSF）等炎症因子，诱导破骨细胞分化成熟，进而导致骨过度吸收，但炎症性骨吸收的具体病理机制尚未完全明晰。

在治疗方面，抑制骨吸收的药物，如双膦酸盐、雷洛昔芬、鲑降钙素、天然异黄酮半合成衍生物等，虽广泛用于治疗慢性退行性疾病，但会增加肝肾负担，且尚无研究证明其能抑制骨折部位的炎症性骨吸收。此外，间充质干细胞（MSCs）虽被发现可调节炎症细胞活性、减少骨吸收，不过其在骨折部位炎症性骨吸收过程中的作用缺乏研究支持，同时干细胞应用还面临诸多伦理和法律限制。而线粒体转移作为干细胞发挥作用的重要机制，在骨吸收治疗方面也缺乏证据支持。

基于以上背景，深圳大学第一附属医院（深圳第二人民医院）等机构的研究人员开展了相关研究。研究成果发表在《BMC Musculoskeletal Disorders》上，为临床利用干细胞预防骨折愈合和塑形过程中的过度骨吸收提供了新的理论基础。

研究人员采用了多种关键技术方法。首先构建小鼠骨吸收模型，将 C57BL/6J 小鼠麻醉后，在其颅骨骨膜下注射脂多糖（LPS）溶液，7 天后成功建立模型，并随机分组。然后进行细胞相关操作，包括分离培养人滑膜液来源的间充质干细胞（hSF-MSCs）并鉴定，提取其线粒体和外泌体并进行表征分析。还运用免疫荧光技术检测体内外线粒体转移情况；通过微计算机断层扫描（Micro-CT）评估骨组织相关指标；利用酶联免疫吸附试验（ELISA）测定炎症因子水平；借助组织化学染色观察细胞分化和组织形态等。

研究结果如下：

• hSF-MSCs、线粒体和外泌体的鉴定：hSF-MSCs 呈细长形，平行或螺旋生长，P3 代细胞形态良好。其表面标志物 CD105、CD90、CD73 高表达，其他如 CD19 等低表达，且具有多向分化潜能。提取的线粒体有典型结构，膜蛋白 TOMM22 存在；外泌体呈圆形颗粒，大小符合特征，表面抗原 CD63 高表达。
• 颅骨大体观察和 Micro-CT 分析：MSCs、线粒体（Mito）和外泌体（Exo）组小鼠颅骨矿化斑块更明显，PBS 组骨吸收更严重。Micro-CT 分析显示，PBS 组骨组织体积（BV）、组织体积（TV）与正常对照组（NC 组）有差异，BV/TV 值低于其他组；Mito 组与 MSCs、Exo 组的 BV、TV 和 BV/TV 值相似。
• 颅骨和骨膜的组织学评估：PBS 组颅骨破骨细胞表面积和数量、骨膜中 CD68 和抗酒石酸酸性磷酸酶（TRAP）染色水平均高于其他组，H&E 染色显示其骨吸收更明显；Mito 组与 MSCs、Exo 组免疫组化结果差异不显著。
• 单核巨噬细胞的生物学行为：观察到 hSF-MSCs 来源的线粒体转移到单核巨噬细胞中。与对照组相比，共孵育线粒体可抑制单核巨噬细胞分泌炎症因子（如 RANKL 和 IL-1β）、增殖、融合和破骨细胞生成，还能提高超氧化物歧化酶（SOD）水平、降低活性氧（ROS）水平，维持线粒体膜电位（MMP）。

研究结论和讨论部分指出，hSF-MSCs 来源的线粒体可转移到单核巨噬细胞中，在体内外有效抑制其生物学行为，进而显著抑制炎症性骨吸收。其作用机制可能是通过调节炎症因子分泌、破骨细胞分化和氧化应激水平实现的。尽管目前该治疗方法尚未在临床验证，且存在线粒体体外存活时间有限等问题，但本研究为其临床应用提供了重要理论基础，未来有望基于此开发治疗炎症性骨吸收的新疗法。