基于人工智能与体外实验揭示Entrectinib诱发儿童骨折的破骨细胞活化机制

针对Entrectinib治疗儿童患者时出现的非创伤性骨折现象，德国图宾根大学联合罗氏团队通过人工智能建模与骨细胞共培养实验，发现该药物通过抑制TRK/JAK2通路激活TGF-β/BMP信号失衡，导致破骨细胞(osteoclast)功能亢进与骨基质刚度下降。研究首次阐明靶向药物干扰儿童骨发育的分子机制，并提出维生素D的潜在干预价值，为儿科肿瘤治疗安全性评估提供新范式。

　　

在儿童肿瘤治疗领域，靶向药物Entrectinib作为TRK/ROS1抑制剂展现出显著疗效，却伴随着令人困惑的副作用——患儿骨折发生率异常升高。这些骨折往往发生在轻微或无明显外伤的情况下，且肿瘤未侵犯骨折部位，暗示药物可能直接影响骨骼发育。这一现象在成人患者中却较少见，凸显出儿童骨骼发育特殊性与药物安全性评估的盲区。

为破解这一临床谜题，德国图宾根大学创伤外科研究所Sabrina Ehnert团队联合罗氏制药科学家开展跨学科研究。研究团队创新性地采用"人工智能假设生成+体外实验验证"的双轨策略：首先通过Anaxomics公司的神经网络算法模拟药物靶点与骨代谢网络的相互作用，锁定TRK/JAK2抑制可能是关键机制；随后建立模拟儿童(无β-雌二醇)与成人(含10 nM β-雌二醇)骨微环境的SCP-1/THP-1细胞共培养模型，结合3D钙磷支架生物力学测试，系统评估药物对骨形成与吸收平衡的影响。

关键技术包括：(1)基于蛋白互作网络的ANN人工智能建模；(2)体外构建含/不含β-雌二醇的骨细胞共培养体系模拟不同年龄骨代谢特征；(3)3D打印钙磷支架结合ZwickiLine生物力学测试；(4)RT2 Profiler PCR阵列筛选TGF-β/BMP通路关键基因；(5)腺病毒报告基因系统(Smad1/4-BRE-Luc和Smad3/4-CAGA9-MLP-Luc)验证通路活性。

【ORGAN TOXICITY AND MECHANISMS】
人工智能模型揭示Entrectinib通过双重机制影响骨骼：抑制TRK/JAK2干扰"骨建模"(bone modeling)，同时破坏"骨细胞/成骨细胞/破骨细胞分化增殖"。靶点贡献度分析显示TRK与JAK2协同作用(ANN值77.0)比单独TRK抑制(70.8)更具破坏性。

【Simulation of adult phenotype by estrogen supplementation】
通过比较SCP-1:THP-1(模拟儿童骨)与SaOS-2:THP-1(模拟成人骨)共培养系统，发现β-雌二醇能显著提升OPG分泌(骨保护素)，降低sRANKL/OPG比值，这解释了为何成人骨骼对药物更耐受。

【Entrectinib and M5 show only weak effects on osteoblast function】
药物在生理浓度(100 nM)下使碱性磷酸酶(ALP)活性降低40%，骨钙素(OC)分泌减少35%，但意外刺激破骨细胞活化因子M-CSF(巨噬细胞集落刺激因子)分泌增加2.1倍，sRANKL(核因子κB受体活化因子配体)升高1.8倍。

【Effect of Entrectinib and M5 on osteoclastic cells】
破骨细胞标志物CAII(碳酸酐酶II)和Trap5B(抗酒石酸酸性磷酸酶)活性分别提升2.3倍和1.9倍，3D培养显示药物使骨支架刚度下降达28%，这与临床低创伤性骨折特征高度吻合。

【Vitamin D partially reversed the negative effects】
维生素D干预实验显示，10 nM 22-氧杂骨化三醇(22-oxacalcitriol)能使ALP活性恢复85%，CAII活性降低62%，支架刚度回升至对照组92%。机制上通过挽救被抑制的Smad1/4-BMP信号通路发挥作用。

【Entrectinib and M5 induce alterations in TGF-β signaling】
PCR阵列证实药物显著下调Smad3/4表达(儿童模型降低2.1倍)，TGF-β1蛋白分泌减少47%。报告基因实验显示Smad3/4信号传导被抑制达72%，这解释了为何维生素D能通过替代途径维持骨代谢平衡。

这项研究首次阐明靶向抗癌药诱发儿童骨折的精确分子机制：Entrectinib通过抑制TRK/JAK2→干扰TGF-β/BMP信号轴→打破成骨-破骨细胞平衡→导致骨基质力学性能下降。该发现不仅为临床骨折风险预警提供生物标志物(sRANKL/OPG比值)，更开创性地提出维生素D辅助治疗的潜在价值。研究方法上建立的"AI假设驱动+年龄特异性体外模型"范式，为其他儿科药物毒性研究提供了可借鉴的技术路线。正如作者强调，这种跨尺度研究策略有望缩短儿童用药安全评估周期，使创新疗法更快惠及这一特殊群体。