RPS17依赖性核糖体合成调控外周破骨细胞前体发育模式在强直性脊柱炎病变中的关键作用

《Bone Research》：Human peripheral osteoclast-precursor-development patterns reveal the significance of RPS17-dependent ribosome synthesis to Ankylosing Spondylitis lesions

本研究针对强直性脊柱炎(AS)中破骨细胞发育模式不清、治疗困难的临床难题，通过单细胞转录组学分析揭示了外周血单核细胞向破骨细胞前体(OCP)分化的发育轨迹及其在AS条件下的异常变化。研究发现核糖体合成特别是RPS17依赖性通路是OCP发育的关键机制，AS患者中RPS17表达下降导致破骨细胞生成受损，而RPS17过表达的OCP细胞治疗可显著改善AS样小鼠关节病变而不引起骨量丢失，为AS治疗提供了新的靶点和策略。

　　

强直性脊柱炎(Ankylosing Spondylitis, AS)是一种让人体脊柱和关节逐渐"石化"的慢性风湿性疾病，患者最终可能出现关节融合和脊柱强直，导致严重残疾。尽管现代医学已有非甾体抗炎药(NSAIDs)和生物制剂等治疗手段，但对于已经形成的关节骨性强直，药物往往束手无策，手术成为唯一选择。这一治疗困境的背后，是科学界对AS病变机制认知的不足。

传统上，研究人员将目光聚焦于成骨细胞过度活化导致的新骨形成。然而，骨骼健康实际上依赖于骨形成与骨吸收的动态平衡。AS患者同时存在局部新骨形成和全身性骨量丢失的矛盾现象，这提示我们：除了成骨细胞过度活跃外，破骨细胞功能受损可能同样是AS病变的关键环节。特别是循环单核细胞作为外周破骨细胞前体(Osteoclast-Precursor, OCP)，在AS病变中的作用机制一直是个未解之谜。

为了解决这一科学难题，研究人员开展了一项创新性研究，成果发表在《Bone Research》期刊上。研究团队采用单细胞转录组测序(scRNA-seq)技术，对健康 donor 和不同病程阶段AS患者的外周血单个核细胞(PBMCs)进行深入分析，首次描绘了人类外周破骨细胞前体的发育模式，并揭示了其在AS条件下的异常变化。

关键技术方法概述

研究团队收集了14例AS患者和3例健康对照的外周血样本进行单细胞转录组测序，患者包括早期活动期、晚期残疾期和临床缓解期三个亚组。通过单细胞轨迹分析揭示单核细胞向破骨细胞前体的分化路径，利用核糖体测序(Ribo-seq)分析翻译水平变化，并采用条件性基因敲除小鼠模型和细胞过表达实验验证RPS17的功能。此外，还建立AS样小鼠模型评估细胞治疗效果，使用微CT、组织学染色等技术进行表型分析。

研究结果

单细胞转录谱揭示单核细胞亚型特征

研究人员首先通过单细胞转录组分析将38,654个单核细胞划分为11个亚群，基于CD14/CD16表达特征将其分类为经典单核细胞(C monos; CD14^brightCD16^dim)、中间单核细胞(inter monos; CD14^brightCD16^bright)、非经典单核细胞(N monos; CD14^dimCD16^bright)和CD14^dimCD16^dim单核细胞。功能实验显示，CD16^dim单核细胞(包括经典单核细胞和CD14^dimCD16^dim单核细胞)具有最强的破骨细胞生成能力，被认为是外周破骨细胞前体。

AS条件下单核细胞向OCP谱系分化的特征性减少

单细胞轨迹分析揭示了单核细胞向破骨细胞前体分化的五个状态和两个分支。状态1主要由CD14^dimCD16^dim单核细胞组成，具有前单核细胞特征；状态4和状态5表现出最强的破骨细胞生成能力和破骨细胞基因(如ACP5、NFATC1、OSCAR)表达。重要的是，随着AS疾病的发生和发展，状态4和状态5细胞比例逐渐减少，同时破骨细胞生成能力下降，表明AS患者外周破骨细胞前体发育受损。

核糖体合成促进外周OCP发育

基因富集分析发现，在单核细胞向破骨细胞前体分化的关键节点(命运1-3)，核糖体生物合成和细胞质翻译相关基因显著上调；而在命运3-4分支，宿主防御反应和炎症反应相关基因表达增加。随着破骨细胞诱导时间的延长，核糖体合成水平同步增强，而核糖体相关基因(RPLP1、RPL13、RPS12、RPS28等)的敲低显著抑制了破骨细胞生成。

AS患者单核细胞OCP中RPS17表达下降

核糖体测序分析显示，AS患者CD14⁺CD16^-单核细胞中更多基因的翻译水平下降，特别是下游开放阅读框(dORF)表达减少。RPS17作为核糖体合成关键分子，在AS患者中表达显著降低，且与疾病严重程度相关。组织学分析进一步证实，AS患者关节组织中RPS17在骨表面破骨细胞前体中的表达明显低于非AS对照组。

P<0.05,P<0.01,P<0.0001 and ns(not significant) by one-way ANOVA(f,i).P<0.001,****P<0.0001 by Student's t tests(h,j-n)'>

RPS17条件性敲除改善破骨细胞性骨丢失

研究人员构建了破骨细胞前体特异性RPS17条件性敲除(RPS17-CKO: RPS17^flox/flox; LysM-Cre)小鼠模型。结果显示，RPS17敲除虽然不影响小鼠的生理表型，但显著改善了卵巢切除(OVX)诱导的骨丢失和骨小梁结构破坏，同时减少了破骨细胞数量，证实了RPS17在破骨细胞生成和骨代谢中的重要作用。

RPS17过表达改善AS样小鼠表型

通过关节腔注射CD11b启动子驱动的RPS17过表达腺相关病毒(CD11b-promoter-RPS17-AAVs)，研究人员发现RPS17过表达可显著改善AS样小鼠的踝关节肿胀和关节炎评分，减轻关节破坏和骨赘形成，同时增加关节周围破骨细胞数量，证实了RPS17在改善AS病变中的治疗潜力。

RPS17过表达单核细胞OCP的治疗价值

考虑到全身性RPS17过表达可能加剧骨丢失的风险，研究人员开发了一种基于细胞的治疗策略。结果显示，关节腔注射RPS17过表达的CD14⁺CD16^-单核细胞可有效改善AS样小鼠的关节病变，增加关节周围破骨细胞数量，减少新生骨形成，同时不引起全身性骨量丢失。重要的是，这些细胞还表现出更强的T细胞抑制活性，类似于单核髓源性抑制细胞(M-MDSCs)的功能，具有抗炎和免疫调节作用。

研究结论与意义

这项研究首次系统揭示了人类外周破骨细胞前体的发育模式，发现核糖体合成是单核细胞向破骨细胞前体分化的关键驱动力，而宿主防御反应则促进高效破骨细胞前体的产生。在AS条件下，RPS17依赖性核糖体合成功能受损导致破骨细胞生成减少，参与炎症性新骨形成和关节强直。

研究的创新性在于从骨吸收角度探讨AS炎症性骨形成的机制，提出了基于RPS17过表达单核细胞前体的细胞治疗新策略。这种治疗方式不仅能够针对性增强病变关节周围的骨吸收能力，还通过免疫调节作用抑制局部炎症，同时避免全身性骨丢失风险，为AS治疗提供了新的思路和方法。

该研究不仅深化了对破骨细胞生物学行为的理解，也为AS及其他骨骼疾病的治疗开辟了新途径。未来，患者自体单核细胞前体经过基因修饰后回输到病变关节，可能成为改善AS外周病变的有效手段，具有重要的临床转化前景。