巨胞饮作用（Macropinocytosis）为骨相关疾病中破骨细胞分化提供关键能量支持

《Journal of Orthopaedic Translation》：Macropinocytosis fuels osteoclast differentiation in bone-related diseases

本研究针对骨相关疾病中破骨细胞过度活化导致骨吸收异常的核心问题，通过体内外实验证实巨胞饮作用通过增强氧化磷酸化（OXPHOS）和糖酵解代谢途径，为破骨细胞分化提供关键能量支持。研究人员发现特异性抑制剂EIPA可有效抑制巨胞饮作用，显著改善牙周炎和卵巢切除（OVX）模型中的骨丢失现象，为治疗骨质疏松和炎症性骨病提供了新的靶向治疗策略。

　　

在骨代谢领域，多核破骨细胞作为负责骨吸收的特化细胞，其异常活化是导致骨质疏松、牙周炎等骨相关疾病的核心机制。这些细胞在分化过程中需要巨大的能量支持，但长期以来，科学家们对破骨细胞如何获取足够营养物质来满足其能量需求的认识仍存在空白。巨胞饮作用（Macropinocytosis）作为一种高效的细胞"饮用"机制，能够帮助细胞吞噬细胞外液中的蛋白质、坏死细胞碎片等物质，在肿瘤细胞和胎盘合体滋养层细胞等代谢活跃细胞中已被证实是重要的营养获取途径，然而其在破骨细胞分化中的作用却从未被深入探索。

发表在《Journal of Orthopaedic Translation》的这项研究由Mengqin Gu、Linyu Xue、Shidian Ran等研究人员开展，他们通过系统的实验设计揭示了巨胞饮作用在破骨细胞分化中的关键作用，并验证了靶向该通路的治疗潜力。

研究人员运用了多种关键技术方法开展本研究：使用小鼠骨髓来源巨噬细胞（BMMs）和RAW 264.7细胞系建立体外破骨细胞分化模型；通过激光共聚焦显微镜、流式细胞术和透射电镜（TEM）检测巨胞饮活性；采用Seahorse能量代谢分析仪测量氧消耗率（OCR）和细胞外酸化率（ECAR）；建立结扎诱导牙周炎和小鼠双侧卵巢切除（OVX）骨丢失模型进行体内验证；并通过micro-CT扫描、组织学染色和免疫组化分析评估骨量变化。

研究结果部分，3.1小节"巨胞饮伴随并促进破骨细胞分化"显示，随着破骨细胞分化进程，四甲基罗丹明（TMR）-葡聚糖摄取量逐渐增加，成熟破骨细胞中巨胞饮体数量达到峰值（10.67±1.53个）。使用巨胞饮抑制剂EIPA（5-(N-乙基-N-异丙基)阿米洛利）处理后，破骨细胞形成显著受阻，TRAP阳性细胞数量和F-actin环结构均减少。

3.2小节"LPS促进破骨细胞分化和巨胞饮"发现，炎症刺激剂脂多糖（LPS）能够同时增强破骨细胞分化和巨胞饮活性。在100 ng/mL LPS刺激下，破骨细胞生成活性和TMR-葡聚糖摄取量均显著增加，而EIPA处理可以逆转LPS增强的破骨细胞生成作用。

3.3小节"巨胞饮提供代谢适应以满足破骨细胞分化期间的ATP需求"通过RNA测序分析发现，破骨细胞分化过程中氧化磷酸化（OXPHOS）相关通路显著富集。能量代谢分析表明，分化中的细胞表现出基础呼吸、最大呼吸能力和ATP产生的渐进性增加，同时糖酵解能力也增强。EIPA处理显著降低了氧消耗率（OCR）和细胞外酸化率（ECAR），并减少了ATP产量。透射电镜显示破骨细胞分化过程中线粒体数量和长度增加，而EIPA处理则导致线粒体超结构改变。

3.4小节"巨胞饮维持糖酵解代谢以补偿炎症破骨细胞中的线粒体功能障碍"发现LPS刺激虽然抑制了线粒体呼吸功能，但却促进了糖酵解代谢。这种代谢转换依赖于巨胞饮作用，因为EIPA处理显著降低了糖酵解能力，表明巨胞饮在炎症条件下通过维持糖酵解来补偿线粒体功能损伤。

3.5小节"抑制巨胞饮减少结扎诱导的小鼠牙周炎中的牙槽骨丢失"和3.6小节"巨胞饮增强卵巢切除（OVX）小鼠中的破骨性骨吸收"的体内实验结果表明，在牙周炎和OVX模型中均观察到巨胞饮活性升高。EIPA治疗以剂量依赖方式增加了牙槽骨高度和骨体积分数（BV/TV），减少了TRAP阳性破骨细胞数量，并降低了血清I型胶原C端肽（CTX-I）水平。

研究结论与讨论部分强调，巨胞饮作用在破骨细胞分化过程中被动态上调，并通过促进细胞外营养物质的摄取来支持氧化磷酸化和糖酵解代谢，满足破骨细胞分化的高能量需求。在炎症条件下，巨胞饮作用通过维持糖酵解代谢来补偿线粒体功能损伤。靶向巨胞饮通路可能为骨相关疾病提供新的治疗策略，特别是EIPA在抑制破骨细胞生成和骨吸收方面显示出良好的治疗潜力。该研究不仅揭示了破骨细胞能量代谢调控的新机制，也为开发针对巨胞饮通路的骨病治疗方法奠定了理论基础。