Tenascin-C：骨再生的关键 “助推器”—— 通过炎症巨噬细胞促进骨修复

骨损伤修复机制不明，研究人员开展 Tenascin-C（TNC）对骨再生影响的研究。发现 TNC 可招募炎症巨噬细胞，促进骨再生，且随年龄增长 TNC 表达下降，补充 TNC 能增强骨再生。为骨再生治疗提供新策略。

　　在人体的骨骼系统中，骨损伤是一个常见且棘手的问题。它不仅威胁着骨骼的稳态，严重时甚至会危及生命安全。目前，虽然我们知道骨再生是一个复杂的过程，涉及血肿形成、炎症反应、抗炎阶段、新骨形成以及愈合组织重塑等多个环节，但对于不同细胞在这一过程中是如何协同作用，最终实现组织修复的机制，仍未完全明晰。尤其是巨噬细胞在骨再生过程中的调控机制，更是充满了未知。这就好比在一场精密的交响乐演奏中，我们知道有巨噬细胞这个 “乐器” 在演奏，但却不清楚它是如何与其他 “乐器” 配合，奏响骨再生这一美妙旋律的。

为了揭开这些谜团，中国科学院上海生物化学与细胞生物学研究所、海南医学院以及上海交通大学附属第六人民医院的研究人员携手展开了深入研究。他们将目光聚焦于细胞外基质蛋白 Tenascin-C（TNC），探究其在骨再生过程中的作用机制。研究成果发表在《Cell Death & Differentiation》杂志上。

研究人员在研究过程中运用了多种关键技术方法。在动物模型构建方面，通过将 Prx1^Cre小鼠和 Tnc^flox小鼠杂交，构建了 Prx1 依赖性 TNC 条件性敲除（CKO）小鼠模型，以此来研究 TNC 缺失对骨再生的影响。利用 μ-CT 扫描技术，对小鼠骨骼损伤修复情况进行量化分析，直观地观察骨修复的进程。同时，借助流式细胞术，精确分析不同细胞群体的比例和变化，包括巨噬细胞和小鼠骨骼干细胞（mSSCs）等。此外，还运用了细胞通讯分析、免疫荧光染色、实时定量 PCR（RT-qPCR）等技术，从分子和细胞层面深入探究 TNC 在骨再生中的作用机制。

TNC 对高效骨再生至关重要

研究人员首先对 TNC 在健康和受伤小鼠长骨骨膜中的表达动力学进行了研究。通过免疫荧光染色和 RT-qPCR 检测发现，骨缺损后 2 天，骨膜中 TNC 的表达迅速增强。为了进一步探究 TNC 在骨再生中的作用，研究人员构建了 TNC 条件性敲除小鼠模型。μ-CT 分析显示，与对照组小鼠相比，Prx1^Cre;Tnc^fl/fl小鼠在骨损伤后 14 天，钻孔损伤的修复明显延迟。组织形态计量学分析表明，Prx1^Cre;Tnc^fl/fl;Ai9/+ 小鼠钻孔中标记的 Prx1⁺谱系细胞数量少于 Prx1^Cre;Ai9/+ 小鼠，且损伤部位新形成的骨量也更少。在骨膜划痕损伤模型中，也得到了类似的结果。这些数据充分表明，TNC 是高效骨修复所必需的。

TNC 缺失不影响骨发育及 Prx1⁺细胞分化，但影响损伤后分化

研究人员通过一系列形态学分析发现，TNC 缺失对小鼠胚胎骨骼发育、成年小鼠的骨骼形态、体重以及骨骼的机械性能均无显著影响。对未受伤小鼠的骨膜 Prx1⁺细胞进行成骨和软骨分化能力检测，结果显示 TNC 缺失并未改变其分化能力。然而，当分离损伤后 2 天的 Prx1⁺骨膜细胞进行检测时发现，TNC 缺失会削弱细胞的成骨和软骨分化能力，细胞增殖也受到抑制。这表明 TNC 在骨损伤后的正常成骨和软骨分化过程中起着关键作用。

TNC 介导骨修复过程中巨噬细胞的招募

炎症反应是骨发育和骨再生过程的显著差异之一。研究人员推测，TNC 缺失可能通过改变骨修复早期的免疫微环境，进而影响骨修复过程。通过流式细胞术分析发现，骨损伤后 2 天，Prx1^Cre;Tnc^fl/fl小鼠骨膜中的总巨噬细胞群体和促炎 M1 巨噬细胞群体显著减少，促炎标记物的表达也降低。免疫荧光染色和定量分析进一步证实，TNC 缺失会损害 Prx1⁺细胞对巨噬细胞的招募。体外实验也表明，TNC 缺失会抑制巨噬细胞的迁移和黏附。此外，研究还发现，植入巨噬细胞可显著提高 Prx1^Cre;Tnc^fl/fl小鼠的骨再生效率，而耗尽骨膜巨噬细胞则会抑制骨修复，这表明 TNC 对骨修复过程中巨噬细胞的招募至关重要，且足够的炎症巨噬细胞是高效骨再生所必需的。

TNC 通过 ITGA7 促进巨噬细胞招募

为了深入探究 TNC 招募巨噬细胞的机制，研究人员对损伤后 2 天的 Prx1^Cre;Tnc^fl/fl;Ai9/+ 和 Prx1^Cre;Ai9/+ 小鼠骨膜细胞进行细胞通讯分析。结果发现，整合素 ITGA7 可能是 TNC 的受体。进一步实验表明，敲低巨噬细胞中的 Itga7 会损害其对野生型骨膜祖细胞的黏附和迁移能力，但对 TNC 缺失的骨膜祖细胞无影响。这说明骨膜 Prx1⁺细胞来源的 TNC 通过 ITGA7 介导巨噬细胞的黏附和迁移。

mSSCs 在 Prx1^Cre;Tnc^fl/fl小鼠骨损伤后减少

mSSCs 对骨发育和损伤修复至关重要。研究人员通过流式细胞术分析发现，骨损伤后，Prx1^Cre;Tnc^fl/fl小鼠骨膜中 mSSCs 的比例降低。而植入巨噬细胞可挽救 Prx1^Cre;Tnc^fl/fl小鼠中 mSSCs 比例的下降。此外，局部递送 TNC 可增强 mSSCs 的成骨能力。这表明促炎巨噬细胞为 mSSCs 的刺激提供了有益的微环境，而骨损伤后上调的 TNC 对于维持这一微环境、确保高效骨再生至关重要。

局部递送 TNC 可改善衰老后的骨修复

随着年龄的增长，骨组织中的免疫微环境会发生失调。研究人员发现，与年轻小鼠相比，老年小鼠骨膜中 TNC 的表达显著下降，骨缺损损伤后骨膜巨噬细胞数量也减少，且 TNC 在损伤后的上调受到阻碍。通过向老年小鼠股骨钻孔中递送 TNC 蛋白，发现外源性 TNC 可增加骨损伤修复早期骨膜中巨噬细胞和 mSSCs 的比例，加速骨再生。这表明补充 TNC 可增强年轻和老年小鼠的骨再生能力。

在本次研究中，研究人员揭示了骨膜细胞外基质 TNC 在高效骨修复中的关键作用。TNC 通过调节免疫细胞与骨膜骨骼干细胞之间的相互作用，促进巨噬细胞的招募，为 mSSCs 维持了一个促进修复的微环境，从而增强骨形成。局部递送 TNC 能够改善免疫微环境，提高 mSSCs 的成骨能力。这一研究成果不仅加深了我们对骨再生机制的理解，更为临床治疗骨损伤和改善衰老相关的骨修复问题提供了新的策略和潜在的治疗靶点，在骨再生领域具有重要的理论和实践意义。