载脂蛋白E通过JAK-STAT通路调控破骨-成骨细胞偶联促进材料诱导骨形成的机制研究

本研究针对骨诱导材料在非骨部位促成骨机制不明的关键问题，通过对比亚微米级TCPs与微米级TCPb陶瓷对破骨细胞分化的影响，结合RNA-seq和功能验证，首次揭示ApoE通过激活JAK-STAT（非PI3K-AKT）通路促进间充质干细胞(CRL-12424)成骨分化的偶联机制，为开发新一代骨替代材料提供理论依据。

　　

在骨科修复领域，如何让材料在非骨骼部位"无中生有"地诱导骨形成，一直是科学家们追逐的圣杯。虽然β-磷酸三钙(β-TCP)等骨诱导材料已展现出临床潜力，但为何有些材料能诱导骨形成而有些不能？这个"材料会说话"的生物学密码尚未破解。更令人困惑的是，看似破坏骨骼的破骨细胞，竟可能是启动成骨的关键推手。

来自荷兰Kuros Biosciences BV与国内研究机构的合作团队在《Acta Biomaterialia》发表的研究，通过对比具有亚微米结构(TCP_s)和微米结构(TCP_b)的两种β-TCP陶瓷，发现材料表面结构差异通过调控破骨细胞分泌载脂蛋白E(ApoE)，进而激活间充质干细胞的JAK-STAT通路促进成骨分化。这项研究首次揭示ApoE作为破骨-成骨偶联的新信使，为骨再生材料的智能化设计提供了精准靶点。

研究采用小鼠骨髓单核细胞(BMMs)体外培养破骨细胞，通过TRAP染色、F-actin免疫荧光和CTSK标记动态观察分化过程；运用RNA-seq筛选TCP_s与TCP_b诱导破骨细胞的差异基因；采用CRL-12424细胞系验证ApoE对ALP活性及成骨基因(Alp, Runx2等)的影响；通过Western blot分析JAK-STAT和PI3K-AKT通路激活状态。

【材料特性决定破骨命运】
TCP_s(0.90±0.24μm晶粒)比TCP_b(3.58±1.08μm)更有效促进TRAP⁺多核细胞形成，5天时细胞面积扩大5倍。免疫荧光显示F-actin环结构和CTSK表达显著增强，证实亚微米结构更利于功能性破骨细胞分化。

【ApoE的基因侦探】
RNA-seq发现TCP_s组ApoE基因表达量较TCP_b组提升3.2倍，RT-qPCR验证其分泌蛋白水平同步升高。生物信息学分析提示ApoE可能通过脂代谢相关通路影响骨重建。

【成骨激活的分子开关】
添加重组ApoE使CRL-12424细胞的ALP活性提升2.1倍，成骨标志物Runx2、Osterix表达显著上调。机制研究发现磷酸化STAT3水平升高2.8倍，而AKT磷酸化无变化，证实JAK-STAT而非PI3K-AKT通路起主导作用。

这项研究构建了"材料结构-破骨分化-分泌ApoE-激活JAK-STAT-促成骨"的完整信号轴，不仅解释了为何特定表面结构的材料具有骨诱导性，更创新性地提出破骨细胞可通过分泌ApoE充当"骨形成指挥官"。该发现突破了传统"破骨细胞仅负责骨吸收"的认知，为开发具有主动调控细胞偶联功能的新型骨修复材料指明方向。未来针对ApoE-JAK-STAT轴的精准调控，可能实现"一箭双雕"——既促进材料降解又加速新骨形成，这对大段骨缺损的治疗具有重要转化价值。