来自Lactobacillus gasseri的益生菌通过减轻线粒体氧化应激，促进骨髓间充质干细胞（BMSCs）向成骨细胞的分化

《Biocell》：Lactobacillus gasseri-derived postbiotics promote osteogenic differentiation in BMSCs via ameliorating mitochondrial oxidative stress

本研究探讨Lactobacillus gasseri来源后代谢物对骨髓间充质干细胞（BMSCs）的抗氧化及成骨作用，发现150 μg/mL后代谢物可促进BMSC增殖、迁移及成骨分化，抑制氧化应激并增强钙盐沉积，为炎症性骨缺损治疗提供新策略。

　　

郭子伟|袁云|卢凯宇|尹仕|毕伟

中国上海复旦大学中山医院口腔科

摘要

目的

颅颌面炎症性骨缺损（如牙周炎中的骨缺损）由于复杂的炎症微环境而面临重大的再生挑战。人们越来越关注益生菌和后生物制剂在促进骨形成和调节炎症反应方面的潜力。本研究旨在阐明来自Lactobacillus gasseri ATCC 33323的后生物制剂对骨髓间充质干细胞（BMSCs）的抗氧化和骨形成作用。

方法

通过MTT试验评估后生物制剂对BMSCs存活率的影响。利用RT-qPCR、ALP染色、Alizarin Red染色和免疫荧光技术评估骨形成分化情况。通过测量H₂O₂诱导的BMSCs中的ROS水平来检测其抗氧化作用。在体内实验中，将后生物制剂掺入明胶甲基丙烯酸酯（GelMA）中，并注射到大鼠颅骨缺损处，通过微CT和组织学分析来评估骨再生情况。

结果

后生物制剂（150 μg/mL）显著增强了BMSCs的增殖、迁移和骨形成分化能力。它们增加了ALP、OPN、OSTERIX和Col-1的mRNA表达，提高了RUNX2和OPN的蛋白水平，并刺激了ALP活性和钙盐沉积。此外，后生物制剂显著降低了H₂O₂诱导的BMSCs中的细胞内ROS水平。在体内实验中，后生物制剂处理显著增强了骨再生并减少了颅骨缺损处的局部炎症。

结论

来自Lactobacillus gasseri的后生物制剂通过缓解线粒体氧化应激来促进BMSCs的骨形成分化，显示出在炎症条件下作为骨再生治疗策略的潜力。

章节摘录

引言

颅颌面炎症性骨缺损（包括牙周病、种植体周围炎和颌骨骨髓炎）的特点是由于各种炎症或感染因素导致的骨组织破坏[1]。这些情况不仅影响患者的面部美观和咀嚼功能，还显著降低了他们的生活质量。颅颌面炎症性骨缺损的发病机制非常复杂[2]，涉及牙源性疾病、创伤[3]和术后因素

来自Lactobacillus gasseri的后生物制剂的制备

Lactobacillus gasseri ATCC 33323菌株由广东省微生物菌种保藏中心（GDMCC）提供。最初，该菌株在MRS琼脂平板（Merck，德国）上于37 °C厌氧条件下培养48小时。然后从每个平板上取一个菌落转移到10 mL的MRS肉汤（Merck，德国）中继续培养。当培养物进入指数生长阶段时，以3000 rpm离心10分钟收集细菌细胞。

增殖效应

为了评估Lactobacillus gasseri后生物制剂对BMSCs增殖的影响，进行了MTT试验。随着后生物制剂剂量的增加，细胞存活率在50-200 μg/mL范围内达到平台期（p < 0.01）（图1a）。在0.5-15 μg/mL和300-1000 μg/mL剂量范围内未观察到显著效果。其中，150 μg/mL的细胞存活率最高，因此选择150 μg/mL作为进一步研究的最佳浓度

讨论

最近的研究报告了来自益生菌的后生物制剂在骨再生治疗中的潜在作用。一种多功能枯草芽孢杆菌（B.sub）水凝胶与柳氮磺吡啶（SSZ）联合使用已被证明可以诱导巨噬细胞的M2极化[26]，从而增强BMSCs的骨形成分化，用于治疗慢性骨髓炎。Lactobacillus rhamnosus的提取物可激活Toll样受体2[27]，进而抑制NF-κB/c-Fos/NFATc1信号通路

结论

总之，我们的研究表明，来自Lactobacillus gasseri的后生物制剂在体外和体内均表现出显著的骨形成作用。体外实验表明，后生物制剂能有效促进BMSCs的骨形成分化，同时减少氧化应激并增强细胞增殖和迁移，从而发挥抗氧化和骨形成的双重作用。在体内实验中，当后生物制剂掺入GelMA水凝胶中时，它们显著增强了骨再生

CRediT作者贡献声明

尹仕：撰写 – 审稿与编辑，概念构思。卢凯宇：数据可视化、验证、方法学设计、实验实施。毕伟：撰写 – 审稿与编辑、资金筹集、概念构思。袁云：撰写 – 初稿撰写、验证、实验实施。郭子伟：撰写 – 初稿撰写、数据可视化、实验实施、正式数据分析、概念构思

伦理声明

本研究已获得复旦大学中山医院机构动物护理和使用委员会的伦理批准（伦理编号：2024-257）。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

数据获取声明

如需获取支持本研究结果的数据，可向通讯作者提出合理请求。

资助

本研究得到了福建省自然科学基金（项目编号：2022J011424）的支持

利益冲突声明

作者声明没有可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系

致谢

本研究得到了福建省自然科学基金（项目编号：2022J011424）的支持