《SCIENCE》子刊：揭秘脂肪与关节的 “对话”

骨关节炎（OA）是全球范围内导致疼痛和残疾的主要原因之一，目前治疗手段有限。为探究脂肪对 OA 发病机制的影响，研究人员以脂营养不良（LD）小鼠为模型开展研究。结果发现脂肪分泌的瘦素和补体因子 D（FD）在脂肪 - 关节相互作用中起关键作用，影响 OA 的结构损伤和疼痛。这为 OA 治疗提供了新方向。

　　

在全球范围内，骨关节炎（Osteoarthritis，OA）就像一个 “沉默的杀手”，悄无声息地给无数人带来疼痛与残疾的困扰。长久以来，人们一直认为 OA 是关节软骨随着年龄增长自然磨损的结果，这种传统观念严重阻碍了对其潜在病理机制的深入研究，也使得能延缓或逆转关节退变的疾病修饰药物迟迟未能问世。目前，针对 OA 的治疗主要依赖于缓解疼痛的策略，但效果并不理想。随着全球老龄化进程的加速，OA 患者数量不断增加，如何有效治疗 OA 成为亟待解决的医学难题。

肥胖，作为 OA 的一个重要风险因素，与 OA 之间的关系一直备受关注。以往人们认为，肥胖导致 OA 仅仅是因为增加了关节的机械负荷。然而，事实并非如此简单，即使肥胖患者减轻体重，关节疼痛和软骨损伤依然存在。近年来，研究发现脂肪组织并非是 “沉默的旁观者”，它能够通过脂肪细胞的内分泌功能和驻留免疫细胞群体对全身产生影响。瘦素（Leptin），作为一种由脂肪分泌的饱腹激素，在肥胖诱导的 OA 中水平显著升高。但令人困惑的是，瘦素基因敲除（KO）的小鼠虽然极度肥胖，却能免受年龄相关 OA 的侵害。此外，补体系统在 OA 发病机制中也起着重要作用，补体因子 D（Complement Factor D，FD，也称为 adipsin）源自脂肪组织，它在 OA 疼痛和行为方面的直接作用尚未明确。基于这些未解决的问题，华盛顿大学医学院的研究人员展开了深入研究，相关成果发表在《SCIENCE ADVANCES》杂志上。

研究人员采用了多种关键技术方法。在动物模型构建方面，利用脂营养不良（Lipodystrophic，LD）小鼠模型，该小鼠除肝脏和肌肉有代偿性脂质储存外，完全缺乏典型的内脏、皮下和棕色脂肪库。通过手术给 LD 小鼠植入不同类型的脂肪组织，如野生型小鼠胚胎成纤维细胞来源的脂肪（MEF - WT）、瘦素基因敲除的 MEF（MEF - KO）和瘦素杂合脂肪（MEF - HET），以探究脂肪组织及其分泌因子对 OA 的影响。同时，使用渗透泵给 LD 小鼠补充瘦素，模拟体内瘦素水平变化。此外，还运用了等时联体共生技术、空间转录组学、代谢组学、蛋白质组学以及 RNA 测序等技术，从不同层面深入分析脂肪与关节之间的相互作用机制。

工程化全身瘦素敲除脂肪对 LD 小鼠 OA 的保护作用

研究人员给 5 - 8 周龄的 LD 小鼠植入 MEF - WT、MEF - KO 或 MEF - HET 脂肪组织。结果显示，MEF - WT 植入纠正了 LD 小鼠肝脏质量增加的问题。在关节结构和功能方面，LD 小鼠植入 MEF - WT 后，在 OA 诱导的 DMM 损伤下，关节结构损伤与野生型（WT）DMM 小鼠相似；而植入 MEF - KO 的 LD 小鼠则免受更严重的 DMM 诱导损伤，且疼痛阈值与未植入的 LD 小鼠相似，但在骨赘形成方面未受保护。同时，研究发现 MEF - WT 和 MEF - HET 植入虽然重新引入了膝关节结构损伤并不同程度地纠正了肝脏质量增加，但对全身炎症介质的影响主要是降低了肿瘤坏死因子 - α（TNF - α）水平。

渗透泵补充全身瘦素逆转 OA 和疼痛保护

研究人员在 LD 小鼠 DMM 手术前 1 周植入渗透泵，持续 6 周给予瘦素或生理盐水。结果表明，补充瘦素部分恢复了瘦素水平，显著降低了 LD 小鼠较高的肝脏质量，但未恢复到 WT 水平。在 OA 表型方面，补充瘦素的 LD 小鼠在 DMM 手术后，软骨损伤增加，压力疼痛超敏反应和机械性异常性疼痛阈值降低，与 WT DMM 小鼠水平相当，这表明瘦素补充逆转了 LD 小鼠对 OA 表型、滑膜炎和疼痛的保护作用。在血清细胞因子表达方面，瘦素补充对降低全身 TNF - α 水平影响最大，同时增加了白细胞介素 - 17a（IL - 17a）水平。

脂肪 - 关节相互作用通过可溶性因子介导

研究人员通过等时联体共生实验探究脂肪与关节之间的通信方式。将雌性 LD 小鼠与雌性 WT 同窝小鼠在 5 - 8 周龄时进行联体共生，16 周龄时对 LD 小鼠左肢进行 DMM 手术。结果发现，DMM 损伤后，LD 小鼠髌下脂肪垫未明显重建，脂质也未浸润，且出现软骨保护逆转和关节损伤。通过空间转录组学分析发现，多个组织中存在瘦素基因（Lep）的表达，瘦素受体（LepR）主要位于骨髓中。同时，在 WT 小鼠髌下脂肪垫中，脂联素（Adipoq）与 FD 共定位，而 LD 小鼠相应区域无信号，这表明脂肪分泌的因子在 OA 发病机制中起作用。

MEF 植入转录组学揭示与补体信号相关的基因

对 WT 雄性小鼠 DMM 手术后 16 周的内脏脂肪组织进行 RNA 测序，发现单侧软骨损伤和关节 OA 表型可诱导膝关节外远端内脏脂肪组织发生变化，涉及多个信号通路。比较 MEF - WT 植入物与内源性内脏脂肪组织的转录组，发现补体和凝血级联等通路在 MEF - WT 植入物中差异调节。将 MEF - WT 与 MEF - KO 脂肪植入物进行比较，进一步证实了补体和凝血级联通路在脂肪对 DMM 诱导的 OA 反应中的重要性。

MEF 植入物分泌组的多组学分析揭示瘦素 - FD 联系

研究人员对 LD 小鼠 DMM 手术后 MEF 植入物的分泌组进行代谢组学和蛋白质组学分析。结果发现，MEF - WT 和 MEF - KO 条件培养基（CM）中存在多种差异代谢物，涉及糖胺聚糖降解、脂肪酸代谢和氨基酸代谢等。在蛋白质方面，FD 在 MEF - WT CM 中相对于 MEF - HET 和 MEF - KO 显著上调。进一步研究发现，瘦素与脂多糖（LPS）联合刺激可增加炎症介质水平，且 FD 基因敲除（FD^-/-）的骨髓来源巨噬细胞（BMMs）对瘦素和 LPS 联合刺激的炎症反应减弱，表明 FD 是瘦素反应的关键下游介质。

FD 调节 OA 结构和疼痛

研究人员给 FD^-/-小鼠植入 MEF - WT 以恢复循环中的 FD。结果显示，FD 缺失保护软骨免受 OA 相关损伤，而植入 MEF - WT 后这种保护作用被逆转。然而，FD^-/-小鼠虽然软骨损伤减轻，但滑膜炎和骨赘形成增加，且压力疼痛超敏反应增强，植入 MEF - WT 后这种疼痛表型得到逆转。对背根神经节（DRG）神经元的测序分析发现，FD^-/-小鼠与 WT 小鼠在基因表达和相关信号通路方面存在差异，这可能有助于解释 FD^-/-小鼠的疼痛表型。

在这项研究中，研究人员发现脂肪分泌的瘦素在骨关节炎的发展中起着核心作用，即使是低水平的瘦素也足以逆转 LD 小鼠的 OA 保护表型。同时，研究揭示了瘦素和补体因子 D 之间存在紧密联系，它们在脂肪 - 关节相互作用中共同调节 OA 的结构损伤和疼痛。这一研究成果为骨关节炎的治疗提供了新的潜在靶点和理论依据，有助于开发更有效的治疗策略。然而，研究也存在一些局限性，例如无法区分髌下脂肪垫和关节外脂肪组织的相对作用，未来研究可针对这些问题进一步深入探索。