Adv Sci | 李锋团队揭示内质网应激调控炎性破骨细胞分化及骨溶解新机制|内源性|内质网|李锋(1921年)|破骨|骨细胞

炎症性骨溶解是类风湿关节炎（RA）、骨髓炎及假体周围骨溶解等疾病的共同病理特征，其核心机制为促炎因子驱动的破骨细胞异常活化与骨重塑稳态失衡。然而，目前临床上仍缺乏特异性靶向炎症性破骨细胞的治疗药物，其分子机制亦有待阐明。

近日，华中科技大学同济医学院附属同济医院骨科李锋教授、关邯峰教授、董益民老师团队在Advanced Science期刊在线发表了题为TheIRE1-XBP1s Axis Drives InflammatoryOsteolysisby Regulating a 5-HT Dependent Endogenous Anti-Autophagy Mechanism的最新研究成果。该研究利用单细胞测序等多组学分析，并结合分子生物学研究结果，系统解释了IRE1-XBP1s通路在调控炎性破骨细胞分化及骨溶解中的关键作用，提出该通路通过转录激活5-HT转运体编码基因Slc6a4促进5-HT胞内摄取，进而抑制内源性3-甲基腺嘌呤（3MA）代谢、解除其对自噬的抑制作用，最终加剧炎症性破骨细胞分化与骨溶解。此外，通过分离人的外周血单个核细胞（PBMC）并体外分化诱导破骨细胞，发现靶向阻断IRE1-XBP1s-Slc6a4通路可抑制人的破骨细胞分化。

研究团队利用细菌脂多糖（LPS）体外干预人源和鼠源巨噬细胞，并诱导体外破骨细胞分化，以突出炎症在破骨细胞中的核心作用，并采用小鼠颅缝区注射LPS的方法构建骨溶解模型。单细胞测序结果显示，XBP1s⁺阳性的破骨前体细胞（OCPs）及XBP1s⁺/RANK⁺双阳性OCPs比例均显著增加，证实炎症刺激下IRE1-XBP1s通路在破骨前体细胞群体中被激活。体内外实验也进一步证实，靶向抑制或激活IRE1-XBP1s通路可调控炎性破骨分化活性及骨溶解程度。

为深入研究IRE1-XBP1s发挥调控作用的分子机制，利用转录组测序发现该通路被抑制后5-HT转运体编码基因Slc6a4的转录水平显著下降，分子生物学实验证实调控IRE1-XBP1s通路活性可显著改变Slc6a4基因表达水平。双荧光素酶报告基因及ChIP-PCR实验结果表明，XBP1s作为转录因子可直接结合Slc6a4基因启动子区，从而发挥转录调控作用。Slc6a4作为5-HT转运体编码基因，体内外实验结果显示，5-HT可加剧炎性破骨细胞分化和骨溶解，而5-HT转运体抑制剂Escitalopram可显著缓解该进程，发挥骨保护作用。

此外，人源破骨细胞的转录组测序结果提示，炎性破骨细胞分化与代谢通路相关，研究团队通过非靶向代谢组学发现，5-HT调控炎性破骨细胞分化时，可使3-甲基腺嘌呤（3MA）代谢水平显著降低，位居差异最显著代谢物前十。3MA长期以来被视为人工合成的自噬抑制剂，此前尚无其在哺乳动物细胞内天然存在的报道。为排除非靶向代谢组学的潜在假阳性，团队采用HPLC-MS进行靶向验证，证实3MA天然存在于炎症性破骨细胞中，提示存在一套内源性抗自噬调控系统。随之的体内外研究也证实，3MA可逆转5-HT的促破骨分化效应并减少骨量丢失。

最终，研究团队利用临床炎性骨病患者血液标本进行体外破骨分化实验，发现骨髓炎、RA及OA患者的PBMC对RANKL干预呈高反应性，破骨生成能力显著高于健康对照组，而靶向抑制IRE1-XBP1s或Slc6a4可缓解炎症驱动的破骨形成。