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为解决骨损伤修复难题，研究人员从多组学视角研究骨组织修复机制，为个性化治疗提供依据。
在我们的身体里，骨骼就像一座坚固的大厦，支撑着我们的活动，保障着身体的正常运转。然而，现实中许多人却饱受骨骼疾病的困扰。据统计，全球超过半数的成年人都受到骨骼疾病的影响，像骨质疏松、关节炎、骨肿瘤和骨折等，这些疾病不仅带来剧烈的疼痛，还严重影响患者的生活质量和行动能力。目前，虽然有外泌体递送、基因治疗等方法用于骨组织工程，但在应对骨骼损伤或疾病导致的骨缺损时，仍面临巨大挑战。因此，寻找适合骨组织损伤的分子机制，实现精准治疗，成为医学领域亟待解决的重要问题。
在此背景下，中国医科大学附属第一医院、盛京医院以及天津医科大学天津南开医院的研究人员开展了一项关于基于多组学综合视角下骨骼系统组织修复机制的研究。该研究成果发表在《Cell Biology and Toxicology》杂志上。
为了深入探究这一复杂的机制，研究人员采用了多种关键技术方法。他们通过全面检索 MEDLINE、EMBASE、BIOSIS 和 Cochrane Library 等数据库，获取大量相关文献资料。同时，运用多组学技术，对基因组学、表观基因组学、转录组学、蛋白质组学、糖组学和脂质组学等多层面数据进行分析。此外，还借助生物信息学工具和机器学习算法，挖掘数据背后的生物学意义。
研究结果如下：
- 基因组学在骨缺损修复中的进展：基因组学的研究借助下一代测序（NGS）技术，为骨缺损修复带来新的思路。基因治疗可通过调控特定蛋白质表达，促进骨骼肌肉组织再生。比如，骨形态发生蛋白（BMPs）家族成员在骨发育、稳态和修复中起关键作用，通过基因递送诱导干细胞分化为成骨细胞和软骨细胞，有助于骨修复。不过，基因治疗目前也面临一些问题，如病毒载体存在脱靶效应、免疫风险等，非病毒基因治疗虽更安全，但也存在成本高、操作复杂等局限。
- 骨组织修复的表观基因组学机制：表观基因组学主要通过调节成骨细胞分化途径，参与骨损伤修复过程。像组蛋白修饰、DNA 甲基化等机制，会影响染色质结构和基因转录。例如，组蛋白甲基转移酶和去甲基酶调节组蛋白甲基化，进而影响基因表达；DNA 甲基化可促进成骨细胞分化。此外，RANK/RANKL/OPG 通路在骨代谢中至关重要，其基因的异常甲基化与骨疾病相关。
- 骨组织愈合的转录组学和蛋白质组学研究：转录组学和蛋白质组学研究发现，微小 RNA（miRNAs）在骨修复中发挥重要作用。已有研究表明，多种 miRNAs 参与骨再生过程，如 miR-126 可增强骨折愈合过程中血管生成相关基因的表达，miR-29a 能促进基质矿化。同时，转录组学分析还揭示了骨骨折愈合不同阶段的基因表达变化，以及不同细胞群体在愈合过程中的作用。
- 骨组织修复的糖组学和脂质组学分析：糖组学和脂质组学研究显示，在骨修复过程中，成骨细胞的能量需求和脂质信号发生变化。成骨细胞的主要能量来源是葡萄糖，其代谢受到多种因素调节。在炎症阶段，代谢物水平的变化参与骨组织的愈合和再生。例如，乳酸可促进骨折愈合过程中细胞外基质的合成；脂质在调节炎症反应方面发挥重要作用，如 15d-PGJ?和 RvD?等不饱和脂肪酸具有抗炎作用，能促进骨形成。
- 计算建模和生物信息学在骨组织修复中的应用：生物信息学工具和机器学习算法在骨组织修复研究中发挥了重要作用。通过整合不同的组织学数据集，能够识别与组织修复过程相关的生物标志物，为个性化治疗策略的开发提供支持。例如，利用机器学习算法可以筛选出与骨肉瘤生存相关的四假基因分类器，为肿瘤相关骨缺损的组织工程提供新的思路。
研究结论表明，多组学技术的整合有助于全面识别新的生物标志物，为骨疾病的个性化治疗策略开发提供有力支持。尽管目前在骨组织工程领域取得了一定进展，但仍面临诸多挑战，如寻找更理想的骨植入物材料、降低基因治疗成本等。未来，随着先进技术的不断发展，有望实现对缺陷骨细胞的体内治疗性基因编辑，精准调控细胞内代谢、炎症和基因表达过程，为骨疾病的治疗带来新的突破。这项研究为骨疾病的治疗开辟了新的方向，为后续的临床研究和治疗提供了重要的理论依据和潜在的治疗靶点。
