COMMD1通过NF-κB通路调节Talaromyces marneffei诱导的骨髓炎中的破骨细胞分化

《Infection and Drug Resistance》：COMMD1 Regulates Osteoclast Differentiation in Talaromyces marneffei-Induced Osteomyelitis via the NF-κB Pathway

骨骼感染性炎症中铜代谢基因COMMD1通过抑制NF-κB通路调控破骨细胞分化，并加重马尔尼菲菌感染骨破坏。

　　### 一、研究背景与意义

骨髓炎（Osteomyelitis, OM）是一种由微生物病原体入侵引发的骨组织炎症性疾病，其特征包括骨结构的破坏、机械强度的下降以及骨重塑过程的失衡。尽管在临床实践中，**金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）** 是导致骨髓炎最常见的病原体，但近年来，真菌和病毒也被证实能够引发该疾病。其中，**Talaromyces marneffei（TM）** 是一种主要分布于中国南方及东南亚地区的双相型真菌，通常引发肺部、皮肤和淋巴系统感染。然而，近期研究发现TM还可能影响骨骼组织，导致严重的骨髓炎并发症。相较于其他真菌如**组织胞浆菌（Histoplasma）** 或**球孢子菌（Coccidioides）**，TM引起的骨感染较为罕见，且其病理机制尚未完全阐明，给临床诊断和治疗带来了挑战。

在骨髓炎的发病过程中，炎症反应、骨破坏和骨重塑失衡是关键的病理特征。传统上，骨髓炎的治疗依赖于抗生素，但慢性骨髓炎常伴随骨质流失、局部缺血性硬化和软组织再生障碍，使得单纯使用抗生素难以达到理想疗效。此外，抗生素的长期滥用导致耐药菌株的出现，进一步削弱了临床治疗的效果。同时，骨髓炎的治疗周期较长，复发率较高，严重影响患者的生活质量，并对医疗资源和经济系统造成显著负担。因此，深入研究TM引发骨感染的分子机制，不仅有助于提高对TM相关骨损伤的认识，也为开发新的诊断和治疗方法提供理论依据。

本研究聚焦于**COMMD1**这一多功能蛋白在TM引发的骨髓炎中的作用，特别是其通过调控NF-κB信号通路影响破骨细胞分化的过程。COMMD1最初被发现与铜代谢相关，但后续研究表明其在蛋白质降解、信号传导和炎症反应中也扮演重要角色，是免疫稳态和炎症信号通路的关键调控因子。已有研究指出，COMMD1的表达下调可能增强某些肿瘤细胞（如SAS和H460）对炎症刺激的敏感性，同时抑制巨噬细胞和癌细胞对**肿瘤坏死因子α（TNF-α）** 和**白细胞介素-1（IL-1）** 的反应，从而加剧炎症反应。值得注意的是，COMMD1还被发现是一种缺氧敏感的负调控因子，通过整合信号传导和代谢活动，抑制破骨细胞的形成。在这一过程中，COMMD1通过抑制由**RANKL**驱动的NF-κB信号通路和由**E2F1**依赖的代谢通路来发挥其作用。尽管已有研究关注COMMD1在肿瘤相关炎症中的作用，但其在骨科感染性疾病中的功能和机制仍需进一步探讨。

本研究通过构建TM感染的小鼠模型，系统地探讨COMMD1在TM诱导骨髓炎中的作用及其调控机制，旨在揭示COMMD1如何通过NF-κB信号通路影响破骨细胞的分化，并评估其在骨髓炎早期诊断和治疗中的潜在价值。这不仅有助于理解TM感染对骨骼的破坏机制，也为开发新的治疗策略提供了理论基础。

### 二、研究方法与实验设计

为探讨COMMD1在TM诱导骨髓炎中的作用，本研究采用多种实验方法和技术，构建了TM感染的小鼠模型，并对感染后的骨结构变化、炎症反应和破骨细胞活动进行了系统的分析。

首先，通过**小鼠骨髓炎模型**的建立，研究人员使用了6至8周龄的C57BL/6N小鼠，以模拟TM感染对骨骼的影响。在麻醉状态下，通过皮肤切口暴露右后肢胫骨，并利用高速微钻在胫骨内钻出一个约1毫米直径的孔洞，随后将TM菌液（浓度为1×10? CFU/mL）注入骨髓腔中。骨缺损部位用骨蜡封闭，肌肉和皮肤逐层缝合。14天后，小鼠被人道方式安乐死，收集胫骨进行后续分析。实验分为三组：对照组、TM感染组和TM感染联合COMMD1条件性基因敲除（cKO）组，每组各5只小鼠。

为了进一步验证COMMD1在破骨细胞分化中的作用，研究人员从不同组别中分离出**骨髓来源的巨噬细胞（BMMs）**，并利用**RANKL**（一种促进破骨细胞分化的关键因子）诱导其分化。在TM感染的条件下，研究人员观察到BMMs分化为成熟破骨细胞的数量显著增加，这与破骨细胞标志物（如**TRAP**、**NFATc1**、**Ctsk**和**FOS**）的表达上调相一致。这些结果表明，TM感染不仅促进了炎症反应，还显著增强了破骨细胞的分化和活动。

为了深入分析COMMD1的表达变化及其对基因表达的影响，研究人员进行了**RNA测序（RNA sequencing）**。通过对TM感染小鼠和对照小鼠的胫骨组织进行测序，研究发现COMMD1的表达显著下调，同时NF-κB信号通路的激活程度增加。这提示COMMD1可能在调控NF-κB信号通路中发挥关键作用，进而影响破骨细胞的形成和活性。

为了验证COMMD1在破骨细胞分化中的具体作用，研究人员还采用了**COMMD1条件性基因敲除小鼠**和**COMMD1过表达模型**。结果显示，COMMD1的缺失显著加剧了TM感染引起的骨破坏和破骨细胞分化，而COMMD1的过表达则能够有效抑制这些效应。通过**Western blot**技术，研究人员进一步观察到COMMD1的缺失导致**P65**（NF-κB核心亚基）的磷酸化水平升高，同时**IκBα**（NF-κB的抑制因子）的表达降低。这些变化在使用NF-κB抑制剂**JSH-23**处理后被逆转，进一步支持了COMMD1通过调控NF-κB信号通路影响破骨细胞分化的机制。

此外，研究人员还通过**定量实时聚合酶链反应（qRT-PCR）**和**酶联免疫吸附测定（ELISA）**分析了炎症因子的表达水平。结果显示，TM感染显著提高了**IL-10**、**IL-17**和**TNF-α**等炎症因子的水平，而COMMD1的缺失进一步加剧了这一趋势。这些数据表明，COMMD1在抑制炎症反应和破骨细胞分化方面具有重要作用。

为了全面评估骨结构的变化，研究人员采用了**微计算机断层扫描（Micro-CT）**、**组织病理学分析（H&E染色和TRAP染色）**以及**生物力学测试**（包括三点弯曲试验和压缩试验）。Micro-CT图像显示，TM感染导致骨结构严重破坏，表现为骨小梁变薄、骨小梁分离增加和骨体积减少。同时，生物力学测试结果显示，TM感染显著降低了骨的弹性模量、最大弯曲应力和断裂力，表明骨骼的机械强度受损。而在COMMD1缺失的情况下，这些变化更加显著，进一步验证了COMMD1在保护骨骼结构方面的关键作用。

### 三、研究结果与分析

本研究通过多方面的实验分析，揭示了COMMD1在TM诱导骨髓炎中的关键作用。首先，在TM感染的小鼠模型中，研究人员观察到明显的炎症反应和骨破坏。具体表现为，感染小鼠的血清中**IL-10**、**IL-17**和**TNF-α**等炎症因子的水平显著升高，同时小鼠体重持续下降，表明感染对整体健康状态产生了负面影响。此外，通过**H&E染色**和**TRAP染色**，研究人员发现TM感染导致骨小梁结构紊乱，且破骨细胞数量显著增加，这进一步支持了TM感染对骨骼的破坏性作用。

在**生物力学测试**中，研究人员发现TM感染显著降低了骨骼的机械强度。具体表现为，三点弯曲试验和压缩试验显示，TM感染组的骨弹性模量、最大弯曲应力和断裂力均显著低于对照组。而在COMMD1缺失的小鼠中，这些指标的下降更加明显，表明COMMD1的缺乏会加剧TM感染对骨骼的破坏。这提示COMMD1可能在维持骨骼结构完整性方面发挥关键作用。

通过**RNA测序**，研究人员发现TM感染显著下调了COMMD1的表达，同时激活了与破骨细胞分化相关的基因表达。GO和KEGG富集分析进一步揭示了NF-κB信号通路的显著激活，这表明TM感染可能通过激活NF-κB信号通路促进破骨细胞的形成。此外，研究人员还发现，TM感染组的破骨细胞标志物（如**NFATc1**、**Ctsk**、**FOS**和**TRAP**）的表达水平显著升高，而COMMD1的缺失进一步增强了这些基因的表达，表明COMMD1可能通过抑制NF-κB信号通路来调控破骨细胞的分化。

为了进一步验证COMMD1在NF-κB信号通路中的作用，研究人员使用**JSH-23**（一种选择性NF-κB抑制剂）处理COMMD1缺失的小鼠。结果显示，JSH-23能够显著降低破骨细胞相关蛋白的表达水平，表明COMMD1通过调控NF-κB信号通路影响破骨细胞的分化。这一发现为理解COMMD1在TM诱导骨髓炎中的作用提供了重要依据。

此外，研究人员还通过**qRT-PCR**和**TRAP染色**验证了COMMD1的缺失对破骨细胞分化的影响。结果显示，COMMD1缺失的小鼠在TM感染条件下，破骨细胞数量和活性显著增加，而COMMD1过表达则能够有效抑制这些变化。这表明COMMD1在调控破骨细胞分化方面具有重要作用。

### 四、讨论与机制探讨

本研究发现，TM感染不仅引发了显著的炎症反应，还通过激活NF-κB信号通路促进了破骨细胞的分化和活动，导致骨结构的破坏和机械强度的下降。COMMD1的表达下调加剧了这一过程，而COMMD1的过表达则能够有效抑制破骨细胞的形成，从而减轻骨破坏。这些结果表明，COMMD1可能通过抑制NF-κB信号通路来发挥其保护作用。

NF-κB信号通路是调控免疫和炎症反应的核心通路，其在破骨细胞分化中的作用也已被广泛研究。NF-κB的激活通常由**RANKL**信号传导触发，通过激活**IKK复合物**，导致**IκBα**的降解，从而释放NF-κB亚基（如P65）进入细胞核，启动下游靶基因的转录。这些靶基因包括**NFATc1**、**TRAP**和**Ctsk**，它们的表达上调直接促进了破骨细胞的成熟和活性。因此，NF-κB信号通路的激活是TM感染导致骨破坏的重要机制之一。

在本研究中，COMMD1的缺失导致**P65**的磷酸化水平显著升高，同时**IκBα**的表达降低，这表明COMMD1可能通过调控NF-κB信号通路的活性来影响破骨细胞的分化。COMMD1的过表达则能够逆转这些变化，降低P65的磷酸化水平，并提高IκBα的表达，进一步支持了COMMD1在抑制NF-κB信号通路中的作用。此外，使用JSH-23处理COMMD1缺失的小鼠后，破骨细胞相关蛋白的表达水平显著下降，表明COMMD1的调控作用确实依赖于NF-κB信号通路。

这些发现不仅揭示了COMMD1在TM诱导骨髓炎中的关键作用，还为未来的治疗策略提供了新的思路。由于骨髓炎的治疗面临诸多挑战，如抗生素耐药性和治疗周期长等问题，因此，寻找新的靶点和机制显得尤为重要。COMMD1作为调控NF-κB信号通路的重要因子，可能成为治疗TM相关骨髓炎的新靶点。

然而，本研究仍存在一定的局限性。首先，尽管COMMD1在调控NF-κB信号通路和破骨细胞分化中的作用已被初步证实，但其与其它信号通路之间的相互作用仍需进一步探讨。其次，目前的研究主要基于小鼠模型和体外实验，未来需要通过临床样本进行验证，以评估COMMD1在人类骨髓炎中的潜在作用。此外，COMMD1在其他疾病中的功能和机制也需要进一步研究，以全面了解其生物学意义。

### 五、结论与展望

综上所述，本研究通过构建TM感染的小鼠模型，系统地探讨了COMMD1在TM诱导骨髓炎中的作用及其调控机制。研究结果表明，TM感染会导致显著的炎症反应和骨破坏，而COMMD1的表达下调会加剧这一过程，促进破骨细胞的分化和活动。相反，COMMD1的过表达能够有效抑制这些效应，从而保护骨骼结构。通过进一步分析，研究人员发现COMMD1的缺失会显著增强NF-κB信号通路的活性，导致P65的磷酸化水平升高和IκBα的表达降低，这表明COMMD1可能通过抑制NF-κB信号通路来调控破骨细胞的形成。

本研究的发现为理解TM感染对骨骼的破坏机制提供了新的视角，并为开发新的治疗策略奠定了基础。未来的研究应进一步探讨COMMD1与其他信号通路之间的相互作用，以及其在人类骨髓炎中的潜在作用。此外，还需要通过临床样本验证这些发现，以评估其在实际治疗中的应用价值。通过深入研究COMMD1在骨感染中的功能和机制，有望为骨髓炎的早期诊断和治疗提供新的思路和方法。