吞噬作用诱导的骨巨噬细胞代谢变化促进了乳酸的产生，并调节了炎症反应和破骨细胞的生成

《Frontiers in Immunology》：Efferocytosis-induced metabolic shift in bone macrophages drives lactate production and modulates inflammation and osteoclastogenesis

本研究通过单细胞RNA测序发现，巨噬细胞在清除凋亡成骨细胞时分化出两个独特亚群（c3和c9），其代谢转向糖酵解并伴随抗炎表型，且外源性乳酸抑制破骨细胞分化，促进骨修复。这一发现揭示了代谢重编程在巨噬细胞功能转换中的作用。

　　
本研究聚焦于巨噬细胞清除凋亡成骨细胞（efferocytosis）过程中代谢重编程与功能转化的关联性，通过多组学整合分析揭示了骨微环境中巨噬细胞亚群分化的分子机制及其对骨重塑的调控作用。实验采用诱导凋亡模型，结合单细胞转录组测序与代谢组学技术，系统解析了巨噬细胞在凋亡细胞清除任务中的能量代谢策略转型及其生物学效应。

### 一、巨噬细胞清除凋亡细胞的代谢重塑特征
通过单细胞RNA测序发现，骨源性巨噬细胞在清除凋亡成骨细胞过程中分化出两个新型亚群（c3和c9），其核心代谢特征表现为糖酵解能力显著增强。qRT-PCR证实Slc2a1（葡萄糖转运体1）、Pdk1（丙酮酸脱氢酶激酶1）、Ldha（乳酸脱氢酶A）和Slc16a3（ monocarboxylate transporter 4）等关键糖代谢基因在c3/c9亚群中表达量较对照组提升2-5倍。代谢组学进一步验证了糖酵解中间产物的积累，包括磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）、3-磷酸甘油（3PG）、2-磷酸甘油（2PG）和乳酸的浓度增幅达3-8倍。值得注意的是，线粒体氧化磷酸化相关基因表达未呈现显著变化，提示巨噬细胞通过选择性激活糖代谢途径实现能量需求。

### 二、乳酸的免疫调节作用与骨代谢调控
研究创新性地揭示了巨噬细胞在凋亡清除过程中分泌的乳酸具有双重调控功能：一方面作为代谢信号分子抑制破骨细胞分化，另一方面通过表观遗传修饰（组蛋白乙酰化）促进M2型巨噬细胞特征表达。在体外模型中，10mM乳酸显著降低破骨细胞多核化数量达40-60%，同时抑制钙涂层板上的骨吸收面积形成。机制研究表明，乳酸通过激活HIF-1信号通路（上调Hk1、Slc2a1等基因）增强糖代谢能力，同时通过组蛋白乳酸化修饰Klf4、Atf4等转录因子，促进Arg1、Il1rn等抗炎基因表达，形成代谢-表观遗传-功能联动的调控网络。

### 三、efferocytic巨噬细胞亚群的功能分化
通过伪时序轨迹分析发现，c3/c9亚群沿"巨噬细胞活化→吞噬特化→修复编程"的连续路径演化。早期阶段（c0→c2）表现为吞噬相关基因（如Cd36、Trem2）上调，中期（c2→c6）显示氧化磷酸化基因（Cytb、Cox1）短暂激活，最终在c3/c9阶段形成以糖酵解为核心的代谢稳态。这种动态调控确保了巨噬细胞在吞噬清除与组织修复间的平衡：c3亚群更侧重炎症消退（如Il1rn表达量提升3倍），而c9亚群则强化基质重塑（Cxcr4、Plau基因表达倍增）。

### 四、骨代谢微环境的重塑机制
研究证实，efferocytic巨噬细胞通过代谢重编程影响骨细胞分化：①直接效应：乳酸通过抑制NFATc1（破骨细胞分化关键因子）活性降低 osteoclast数目；②间接调控：促进成骨细胞Runx2、OCN等基因表达（经LPS诱导实验验证），形成"巨噬细胞-乳酸-成骨细胞"正反馈环路。特别值得注意的是，20mM乳酸浓度已能产生显著生物学效应，这为临床开发骨代谢调节剂提供了浓度参考。

### 五、研究创新点与临床启示
1. **发现新型巨噬细胞亚群**：首次在骨微环境中鉴定出c3/c9亚群，其代谢特征与已知的M1/M2分型存在显著差异
2. **建立代谢-功能转化模型**：揭示糖酵解通过HIF-1α/Atf4信号轴调控Klf4表达，进而激活M2表型相关基因
3. **乳酸浓度梯度效应**：发现2.5-10mM乳酸具有双向调节作用，高浓度抑制破骨细胞（>10mM）而中浓度促进成骨修复（5-10mM）
4. **治疗靶点筛选**：鉴定出Pdk1、Ldha、Slc16a3等代谢关键酶作为潜在药物靶点，临床前实验显示PDK抑制剂可增强efferocytosis效果

### 六、未来研究方向
1. **动态代谢监测体系**：开发基于乳酸传感器与代谢组学的实时监测技术
2. **三维骨微环境影响**：构建原位骨损伤模型解析巨噬细胞与成骨/破骨细胞的物理互作
3. **代谢重编程时序**：通过单细胞多组学技术追踪c3/c9亚群分化动力学
4. **临床转化验证**：在骨质疏松、骨关节炎等疾病模型中评估代谢干预策略

本研究为理解巨噬细胞在骨稳态平衡中的双重作用（清除凋亡细胞与调控骨代谢）提供了全新视角，其揭示的代谢-表观遗传调控网络对开发靶向免疫代谢的治疗手段具有重要指导意义。特别是发现乳酸在骨代谢中的"双刃剑"效应，提示需根据病理阶段精准调控浓度，为个性化治疗奠定理论基础。