一种来自海洋微藻的乙醇提取物通过调节T细胞、抗原呈递及巨噬细胞的命运来抑制破骨细胞的生成

《Frontiers in Immunology》：Immunomodulatory inhibition of osteoclastogenesis by a marine microalgal ethanol fraction targeting T-cells, antigen presentation, and macrophage fate

骨侵蚀疾病中海洋微藻SKELETNA成本泰姆乙醇提取物通过抑制破骨细胞分化、调节炎症和T细胞信号通路发挥作用。摘要：该研究评估了海洋微藻SKELETNA成本泰姆乙醇可溶组分（SKLT）对骨再生的调节作用，发现SKLT在斑马鱼、锦鲤和巨噬细胞模型中均显著抑制破骨细胞分化，通过转录组学揭示其机制涉及抑制炎症因子、T细胞激活及抗原呈递相关基因表达，并促进代谢重塑。

　　在当今医学领域，骨质疏松等骨侵蚀性疾病正成为亟需解决的挑战。这些疾病通常源于骨形成与骨吸收之间的动态平衡被打破，最终导致矿物质流失和骨骼结构退化。目前的治疗方法主要依赖于少数几种药物，这些药物要么刺激成骨细胞的骨形成（即骨生成药物），要么抑制破骨细胞驱动的骨吸收（即抗吸收药物）。例如，甲状旁腺激素类似物（如特立帕肽和阿巴拉帕肽）被用于骨生成治疗，而双膦酸盐和RANKL单克隆抗体（如地诺单抗）则用于抗吸收治疗。近年来，双效药物如抗 sclerostin 抗体 Romosozumab 也逐渐成为治疗骨质流失的有希望选择。

尽管这些药物在短期内显示出一定的疗效，但它们并非没有局限性。随着治疗时间的延长，其效果可能减弱，同时伴随一定的副作用风险。例如，抗吸收药物可能引发罕见的并发症，如颌骨坏死，而骨生成药物则可能与潜在的骨肉瘤风险相关。因此，寻找新的治疗策略，尤其是那些具有持久性和安全性的方法，已成为医学界的重要目标。

免疫系统在骨代谢调节中的作用日益受到重视，这一概念逐渐发展为骨免疫学领域。免疫细胞，特别是巨噬细胞和T细胞，对维持骨骼稳态起着关键作用。巨噬细胞与破骨细胞共享相同的单核前体细胞，这在许多脊椎动物中都是一致的。同时，T细胞是炎症反应的主要调节者，而炎症是破骨细胞分化的重要驱动力。慢性炎症被认为是骨侵蚀性疾病中的一个关键诱因，如绝经后骨质疏松已被重新定义为免疫性骨质疏松，其中激活的T细胞通过RANKL依赖和非依赖途径持续增加骨吸收。

鉴于免疫系统在骨质疏松等疾病中的核心作用，是否可以通过免疫调节治疗骨质流失成为了一个值得探讨的问题。然而，目前的研究主要集中在骨生成和抗吸收药物上，鲜有针对免疫细胞的治疗策略。因此，自然化合物，尤其是海洋来源的分子，正在成为药物发现的新资源。

近年来，微藻因其合成生物活性化合物的能力、先进的培养技术以及易于基因工程改造的特性，吸引了越来越多的关注。其中，海洋微藻 Skeletonema costatum（简称SKLT）因其表现出的抗炎活性而受到特别关注。之前的研究表明，SKLT提取物富含多种生物活性物质，包括多不饱和脂肪酸、饱和脂肪酸、单不饱和脂肪酸、长链烷烃、长链醇、酯类、醚类和甾醇。此外，我们的实验室研究也表明，SKLT提取物在斑马鱼幼鱼和幼虫以及鱼类成骨细胞系中表现出促骨生成效果。

本研究旨在评估SKLT对骨吸收的抑制作用及其潜在的免疫调节机制。为此，我们使用了斑马鱼鳍再生模型、斑马鱼RANKL诱导骨质疏松模型以及小鼠RAW 264.7巨噬细胞系进行实验。通过这些模型，我们希望揭示SKLT在不同生物系统中的作用，并为开发新的骨质疏松治疗方法提供理论依据。

在斑马鱼鳍再生模型中，SKLT处理显著减少了破骨细胞前体的招募，并改变了骨骼再生的动态。具体而言，SKLT处理的斑马鱼在5天后表现出再生区域面积的减少趋势，尽管这一变化未达到统计学显著性，但矿化组织面积显著增加，表明SKLT可能促进了矿化过程。此外，SKLT处理还导致了再生鳍的远端分支点向远端迁移，这可能意味着SKLT影响了骨骼再生的形态发生模式。

为了进一步探究SKLT对破骨细胞前体招募的影响，我们使用了Tg(Ola.ctsk:FRT-DsRed-FRT-Cre, myl7:EGFP)转基因斑马鱼，这些鱼的再生鳍中存在表达ctsk的细胞，作为破骨细胞前体的标志。在连续暴露于SKLT的鱼中，ctsk阳性细胞的数量在24小时和48小时后显著减少，而72小时后则出现了一个延迟的峰值。这一结果表明，SKLT可能在早期阶段抑制了破骨细胞前体的招募，但对后期的细胞数量影响较小。

TRAP（耐酒石酸酸性磷酸酶）染色用于评估成熟破骨细胞的活性，结果显示在SKLT处理的鱼中，TRAP阳性细胞的数量在24小时后几乎消失，但在240小时后恢复到与对照组相当的水平。这表明SKLT可能在早期抑制了破骨细胞的分化，而后期的分化则可能部分恢复。此外，SKLT处理的鱼在72小时后表现出再生区域的持续减少，这一现象可能与SKLT对细胞周期的抑制有关。

为了深入了解SKLT的作用机制，我们进行了转录组分析，评估了再生鳍组织在24小时后的基因表达变化。结果显示，SKLT显著下调了与炎症反应、抗原呈递、T细胞激活和巨噬细胞分化相关的基因表达。例如，涉及炎症信号通路的基因如il20ra、nos2a、thbs1和irg1l在SKLT处理的组织中表达水平明显降低。此外，与干扰素系统和补体级联相关的基因如ifi30、ifng1r、irf4b、irf10、c4和c7a也受到抑制。这些基因的下调表明SKLT可能通过抑制炎症反应来减少破骨细胞的形成。

另一方面，一些免疫调节基因如fn1a、fn1b和il13ra2在SKLT处理的组织中表达增加，这表明SKLT可能促进了抗炎信号的产生。此外，SKLT还影响了细胞因子介导的信号通路，如il20ra和il13ra2的表达变化，进一步支持了其抗炎特性。

SKLT对细胞周期和细胞代谢的影响也值得关注。转录组分析显示，SKLT处理的组织中，与细胞增殖和有丝分裂相关的基因如ttk、cdca8、dlgap5、tacc3、nuf2、ndc80、bub1、ccnb1、ccnb3、ccna2、cdk1、tmpoa和mad2l1的表达水平显著降低。这些结果表明，SKLT可能通过抑制细胞增殖来影响骨骼再生过程。同时，SKLT还上调了与能量代谢相关的基因，如eno3、eno1a、gapdhs、aldocb、tpi1b和gpia，以及脂肪酸氧化相关的基因如gcdh、asah1a、sdhb、sdhaf2、idh1、sdha和idh3a。这些变化可能反映了SKLT对细胞代谢的调控作用。

在斑马鱼模型中，SKLT处理的鱼表现出再生区域的减少和矿化组织的增加，这可能与SKLT对细胞周期和代谢的调控有关。此外，SKLT还显著减少了RANKL诱导的骨质流失。在斑马鱼的RANKL诱导骨质疏松模型中，SKLT处理的鱼在高RANKL表达条件下表现出更显著的矿化效果。这表明SKLT可能在不同生理状态下对骨代谢产生不同的影响。

在小鼠RAW 264.7巨噬细胞中，SKLT处理显著抑制了破骨细胞的分化。在RANKL刺激下，SKLT处理的细胞中多核TRAP阳性细胞的数量显著减少，而细胞活力未受影响。这进一步支持了SKLT的抗吸收特性，并表明其可能具有跨物种的治疗潜力。

综上所述，SKLT通过抑制炎症反应、抗原呈递和T细胞激活，可能影响了破骨细胞的形成和功能。这些作用机制可能为开发新的骨质疏松治疗方法提供了理论基础。此外，SKLT对细胞周期和代谢的调控作用也值得关注，因为这些变化可能与骨骼再生和矿化有关。

本研究的发现不仅揭示了SKLT作为免疫调节剂在骨质疏松治疗中的潜力，还为未来从SKLT中分离和鉴定活性成分提供了方向。通过优化SKLT的递送方式和评估其在哺乳动物模型中的疗效，可以进一步探索其作为安全、营养补充剂或辅助疗法的前景。这将有助于扩展现有抗吸收和促骨生成治疗的范围，为骨质疏松及其他由炎症驱动的骨骼疾病提供新的治疗策略。