基于外泌体靶向抑制肾小球系膜细胞Sfrp2改善糖尿病肾病骨质疏松并促进骨整合的研究

本研究针对糖尿病肾病(DKD)与骨质疏松的共病机制，创新性地发现肾小球系膜细胞(MCs)分泌的SFRP2蛋白通过抑制Wnt通路加剧骨丢失。团队采用单细胞测序技术锁定MCs为SFRp2主要来源，开发外泌体(ExosiSfrp2)靶向递送siRNA，显著降低循环SFRP2水平，成功逆转糖尿病模型动物的骨质疏松表型并增强种植体骨整合，为糖尿病相关骨代谢障碍提供新型治疗策略。

　　

糖尿病已成为全球健康挑战，其并发症糖尿病肾病(DKD)与骨质疏松的共病现象日益受到关注。这两种疾病看似独立，实则存在隐秘的"对话"——临床观察发现DKD患者骨折风险显著升高，但背后的分子桥梁始终未被破解。传统观点认为钙磷代谢紊乱或Klotho蛋白缺失是主因，而最新研究提示Wnt信号通路这一调控骨形成的关键路径可能扮演更关键角色。

为揭开谜底，Helin Xing、Yang Liu等研究者开展了一项跨学科探索。团队首先通过高脂饮食联合链脲佐菌素(STZ)注射构建DKD小鼠模型，这些动物不仅出现典型肾损伤（尿白蛋白/肌酐比值升高、系膜基质扩张），还伴随骨密度下降、骨小梁变薄等骨质疏松特征。单细胞测序技术(scRNA-seq)此时大显身手，通过对23,055个肾脏细胞的分析，研究者发现肾小球系膜细胞(MCs)中分泌型卷曲相关蛋白2(SFRP2)表达异常升高。这种蛋白作为Wnt通路拮抗剂，能远程抑制成骨细胞分化，形成"肾脏释放信号→骨骼接收指令"的跨器官调控轴。

如何精准干预这一病理过程？研究团队巧妙利用了外泌体的天然特性。这些直径约130 nm的纳米囊泡能自发富集在肾小球系膜区，成为靶向MCs的理想载体。通过电穿孔技术将靶向Sfrp2的小干扰RNA(siSfrp2)装载至外泌体后，静脉注射可显著降低肾脏和血清SFRP2水平。令人振奋的是，这种治疗不仅恢复骨骼Wnt/β-catenin信号激活（免疫组化显示骨 marrow中β-catenin表达增加），更在μCT扫描中观察到骨量、骨小梁数量等参数的全面改善。

临床转化价值在种植体实验中得到进一步验证。在DKD大鼠模型中，钛植入物周围的骨整合能力明显减弱，而Exo^siSfrp2处理组通过甲基蓝/酸性品红染色和三维重建显示新生骨量显著增加，证实该策略能突破糖尿病环境对骨再生的抑制。

关键技术方法包括：1) 建立DKD动物模型（小鼠/大鼠采用高脂饮食+STZ诱导）；2) 单细胞转录组测序分析肾脏细胞异质性；3) 外泌体分离鉴定（纳米颗粒追踪、电镜、Western blot）及siRNA电穿孔装载；4) 骨微结构μCT定量分析；5) 种植体骨整合组织学评估。

主要研究结果：

scRNA-Seq profiling of the kidneys in DKD mice

单细胞图谱揭示DKD肾脏中MCs特异性高表达Sfrp2，其编码蛋白SFRP2在肾组织裂解液和血清中均显著升高。

Exosomes efficiently deliver siSfrp2 to glomerular MCs

荧光示踪显示外泌体可靶向递送至α8-整合素阳性MCs，使肾脏Sfrp2 mRNA降低约60%，血清SFRP2蛋白下降显著。

Exosome-based knockdown of Sfrp2 alleviates osteoporosis in DKD mice

治疗组骨 marrow中β-catenin核转位增加，μCT显示骨小梁体积分数(Tb.BV/TV)提升32%，骨密度(BMD)恢复至正常组85%水平。

Exosomal siSfrp2 delivery enhances implant osseointegration in DKD rats

种植体周围新生骨量增加2.1倍，骨-植入物接触率改善显著，证实该策略对骨修复的促进作用。

结论与讨论指出，该研究首次阐明MCs来源的SFRP2是连接糖尿病肾损伤与骨丢失的关键效应分子，突破传统器官孤立研究的局限。外泌体靶向递送技术克服了肾脏靶向给药难题，为糖尿病相关骨质疏松提供精准治疗新思路。值得注意的是，SFRP2在肝脏等器官的表达仍需进一步探索，而外泌体载药效率优化（如添加靶向肽）将是未来研究方向。论文发表于《Regenerative Biomaterials》，为器官间对话研究树立了新范式。