巨噬细胞PTP1B通过JAK2/STAT3-OPA1轴调控线粒体动力学并激活cGAS/STING通路在腱病中的作用机制研究

本研究揭示了巨噬细胞中蛋白酪氨酸磷酸酶1B（PTP1B）通过抑制JAK2/STAT3信号通路，下调线粒体融合蛋白OPA1表达，导致线粒体断裂和mtDNA泄漏，进而激活cGAS/STING信号通路，加剧腱病炎症与纤维化的新机制。靶向PTP1B或相关通路可为腱病治疗提供新策略。

　　

引言

腱病是一种以肌腱组织慢性炎症和功能受损为特征的退行性疾病，临床表现为僵硬、疼痛和活动受限，严重影响患者生活质量。该疾病好发于运动员、体力劳动者和老年人，常见部位包括肩袖、跟腱和髌腱。流行病学数据显示，下肢腱病的患病率和发病率分别为11.83和10.52例/1000人年，且随年龄增长而升高。传统治疗方法如非甾体抗炎药和手术虽能缓解症状，但疗效有限且易复发，部分患者可能进展为肌腱断裂或慢性纤维化。

近年来研究表明，腱病涉及炎症与组织修复的失衡，其中巨噬细胞发挥核心作用。损伤早期，机械应力或微创伤诱导免疫反应，导致M1巨噬细胞募集至损伤部位并加剧炎症水平。尽管炎症反应对组织修复至关重要，但过度巨噬细胞活化会促进基质金属蛋白酶（MMPs）分泌，导致胶原紊乱和肌腱结构破坏。疾病进展过程中，巨噬细胞无法向抗炎M2表型极化，从而损害组织修复并促进纤维化。此外，线粒体动力学（即融合-分裂平衡）紊乱被确定为腱病的关键驱动因素，导致活性氧（ROS）积累、能量代谢障碍和线粒体DNA（mtDNA）泄漏，进一步激活免疫反应并形成恶性循环。然而，巨噬细胞极化与线粒体动力学在腱病中的关联机制尚不明确。

蛋白酪氨酸磷酸酶1B（PTP1B）作为细胞信号通路的关键调节因子，参与炎症、代谢和组织稳态，与多种代谢性和慢性炎症性疾病相关。在类风湿关节炎中，PTP1B抑制可通过抑制NF-κB信号水平缓解滑膜炎症；在心脏纤维化中，PTP1B缺失通过调节TGF-β/Smad信号减弱胶原沉积。但PTP1B在腱病中的作用罕有报道。

材料与方法

本研究首先利用腱病组织批量RNA测序（RNA-seq）数据（GEO数据库GSE26051）和单细胞RNA测序（scRNA-seq）数据（国家基因组数据中心HRA002325）进行生物信息学分析。通过CIBERSORT算法量化免疫细胞亚群比例，scRNA-seq数据经CD45⁺免疫细胞筛选后，通过无监督聚类生成10个免疫细胞亚群，包括巨噬细胞、单核细胞等。差异表达分析采用|log2FC| > 1且p.adj < 0.05的标准，富集信号通路通过基因集富集分析（GSEA）鉴定。

动物实验采用巨噬细胞条件性Ptpn1敲除小鼠（LysM^CrePtpn1^flox/flox），通过CRISPR-Cas9技术构建。雄性C57BL/6小鼠（8周龄）跟腱周围注射胶原酶I溶液（15 mg/mL）3周建立腱病模型，对照组注射溶剂。STING抑制剂H-151腹腔注射（10 mg/kg），每2天1次，每周3次。实验结束后取肌腱组织进行组织学分析。

蛋白质免疫印迹、组织化学染色（H&E和Masson）、免疫组化（PTP1B、COL1A1、COLIII抗体）、免疫荧光（F4/80与多种蛋白共标）和流式细胞术（M1标记CD86、M2标记CD206）等技术用于分子与细胞水平检测。生物力学分析通过Instron 5848 MicroTester系统测定极限应力和杨氏模量。qRT-PCR检测基因表达，ELISA测定细胞因子水平。

结果

腱病的生物信息学分析

CIBERSORT分析显示腱病组M1巨噬细胞和CD4⁺记忆活化T细胞比例增加，CD8⁺ T细胞和浆细胞比例显著降低。免疫细胞互作分析提示M1巨噬细胞与T细胞活化存在协同促炎作用，Treg细胞与M2巨噬细胞呈正相关但比例较低。scRNA-seq鉴定10个免疫细胞簇，腱病组巨噬细胞、单核细胞、CD8⁺组织驻留记忆T细胞（CD8 Trm）和细胞毒性CD8 T细胞显著增加。GSEA显示TGF-β信号、炎症反应和JAK/STAT3信号通路富集，其中巨噬细胞JAK/STAT3信号显著抑制。SOCS1和SOCS3上调，BCL2L1和MCL1下调，Ptpn1（PTP1B）在巨噬细胞中特异性高表达，表明JAK2/STAT3信号受到多层抑制。

胶原酶诱导小鼠腱病模型建立及PTP1B的病理作用

腱病模型表现为肌腱增厚、色泽变深和硬度增加，H&E和Masson染色显示肌纤维断裂、结构破坏和炎症浸润，胶原纤维紊乱和纤维化增加。力学性能测定显示极限应力和杨氏模量显著降低。PTP1B在病变肌腱中表达升高，免疫印迹和qRT-PCR证实其上调，流式细胞术显示巨噬细胞来源PTP1B（F4/80⁺PTP1B⁺）显著增加。M1巨噬细胞（F4/80⁺CD86⁺）比例升高，M2巨噬细胞（F4/80⁺CD206⁺）比例降低，ELISA检测促炎细胞因子（TNF-α、IL-6、IL-1β）分泌增加。

巨噬细胞Ptpn1条件性敲除减轻肌腱损伤和炎症

巨噬细胞特异性Ptpn1敲除减轻胶原酶诱导的肌腱损伤和纤维化，改善力学性能。免疫荧光显示M1巨噬细胞（F4/80⁺iNOS⁺）荧光强度降低，M2巨噬细胞（F4/80⁺Arg1⁺）荧光强度升高，促炎细胞因子水平下降。IHC染色显示COL1A1表达恢复，COLIII/COL1A1比率降低，表明细胞外基质修复改善。

PTP1B通过JAK2/STAT3-OPA1轴调控线粒体动力学和cGAS/STING通路

qRT-PCR显示胞质mtDNA标志物COX1和ND1 mRNA表达在腱病组升高，Ptpn1敲除后下降。免疫荧光显示线粒体融合蛋白OPA1（F4/80⁺OPA1⁺）表达降低，分裂蛋白DRP1（F4/80⁺DRP1⁺）表达增加，Ptpn1敲除逆转此现象。p-JAK2和p-STAT3磷酸化水平在腱病组抑制，Ptpn1敲除恢复其活化。cGAS/STING通路相关蛋白（p-STING、p-IRF3、p-TBK1）表达在腱病组升高，Ptpn1敲除后抑制。STING抑制剂H-151处理进一步降低IFN-β、TNF-α和IL-1β水平，证实PTP1B是cGAS/STING促炎效应的下游介质。

讨论

本研究系统阐明了巨噬细胞PTP1B在腱病中通过抑制JAK2/STAT3信号通路，下调OPA1表达，导致线粒体融合缺陷和mtDNA泄漏，进而激活cGAS/STING通路加剧炎症的机制。动物实验证实巨噬细胞Ptpn1敲除减轻肌腱损伤、炎症和纤维化，并抑制cGAS/STING通路活化。

腱病的慢性炎症和组织退化涉及复杂机制，本研究首次将PTP1B与线粒体动力学失衡和免疫激活关联。生物信息学和体内实验表明M1巨噬细胞在病变组织富集，Ptpn1在巨噬细胞亚群特异性高表达，提示巨噬细胞极化失衡和PTP1B上调是腱病持续炎症的核心驱动因素。

JAK2/STAT3通路在组织修复中具双重作用：STAT3活化支持增殖和抗炎反应，但过度活化可能诱导纤维化。本研究显示巨噬细胞PTP1B抑制JAK2/STAT3信号，损害线粒体融合并阻止M2表型转化，导致慢性炎症。该发现与STAT3维持线粒体动态平衡的作用一致。此外，腱病巨噬细胞中SOCS1和SOCS3上调，这些JAK/STAT通路抑制因子可能通过反馈机制强化抑制效应。未来需明确PTP1B和SOCS蛋白在JAK/STAT失调中的相对贡献。

线粒体动力学失衡是本研究的核心发现之一。OPA1下调导致线粒体断裂和mtDNA泄漏，激活cGAS/STING信号，形成“炎症-线粒体损伤”恶性循环。该机制在类风湿关节炎和神经退行性疾病中已有报道，但在腱病中属首次阐明。

尽管NF-κB信号通路是腱病等病理背景下炎症的经典调节因子，本研究基于GSEA分析和实验数据聚焦于JAK2/STAT3-OPA1轴。NF-κB可能参与腱病进展，且与JAK/STAT通路存在交叉对话，未来研究将探索这些互作以全面理解腱病炎症调控。

治疗层面，靶向PTP1B或其下游通路具显著潜力。动物实验表明巨噬细胞Ptpn1敲除显著减轻肌腱炎症和纤维化，并改善组织力学性能，与PTP1B抑制剂在代谢性疾病中的治疗效果一致。但PTP1B抑制可能增强胰岛素信号导致低血糖，影响中枢神经系统功能（如食欲和能量代谢调节），并可能引发肝肾功能障碍、胃肠道反应和过敏等副作用，需在临床应用中谨慎评估。

本研究存在若干局限性：首先，尽管生物信息学揭示M1巨噬细胞与T细胞的协同作用，但其互作机制未明确；其次，肥胖通过增加IL-1β和MMPs水平加剧腱病损伤，提示能量代谢异常与免疫炎症是重要影响因素；第三，cGAS/STING通路下游免疫效应子在腱病中的具体作用需深入探究；最后，PTP1B在肌腱细胞或其他基质细胞中的功能未独立研究，多细胞互作可能影响治疗策略设计。

总结而言，本研究系统阐明巨噬细胞PTP1B通过JAK2/STAT3-OPA1轴调控线粒体动力学并激活cGAS/STING通路的分子机制，为腱病病理进展提供新视角，为靶向PTP1B及相关通路的精准治疗提供理论基础。未来研究应深入探索多细胞互作、代谢重编程和免疫激活，并推进转化研究以评估这些发现的临床相关性。