组织蛋白酶D与G表达特征揭示人类骨折愈合阶段与中性粒细胞N1/N2表型转换的分子机制

为解决骨折愈合过程中免疫细胞（特别是中性粒细胞）的作用机制不明问题，研究人员通过生物信息学分析和临床样本验证，首次揭示了组织蛋白酶CTSD（Cathepsin D）和CTSG（Cathepsin G）在骨折血肿中的动态表达规律及其与N1（促炎）和N2（再生）中性粒细胞表型的特异性关联。研究发现CTSD表达随愈合时间显著增加且富集于N2表型，而CTSG稳定表达且与N1表型相关，为理解骨折从炎症到再生的转化提供了新靶点。该成果发表于《Bone》，为开发靶向免疫调控的骨修复疗法奠定理论基础。

　　

骨折愈合是一个高度协调的生物学过程，但其中免疫细胞的精确调控机制仍是未解之谜。中性粒细胞作为首批抵达损伤部位的免疫细胞，其作用长期存在争议——既有研究支持其促进愈合，也有证据表明其可能加剧炎症损伤。这种矛盾可能源于中性粒细胞存在不同功能亚群：类似巨噬细胞的M1/M2分类，中性粒细胞也可分为促炎的N1表型和促再生的N2表型。然而，驱动这两种表型转换的分子开关尚未明确。

在这一背景下，来自荷兰马斯特里赫特大学医学中心等机构的研究团队将目光投向了一类被称为组织蛋白酶（Cathepsins）的溶酶体酶。这类蛋白酶不仅参与蛋白质降解等基础细胞活动，还在多种组织再生过程中发挥关键作用。其中，组织蛋白酶D（CTSD）和组织蛋白酶G（CTSG）因其在中性粒细胞功能中的特殊地位成为研究焦点。通过系统的生物信息学分析和临床样本验证，研究人员首次揭示了这两种蛋白酶在人类骨折愈合过程中的动态表达规律及其与中性粒细胞表型的特异性关联，相关成果发表在骨科学权威期刊《Bone》上。

研究团队首先采用生物信息学方法分析大鼠骨折模型基因表达数据集GSE161315，发现CTSD在骨折血肿中显著上调而CTSG下调。随后收集58例人类骨折血肿样本（伤后0-19天），通过qPCR检测发现CTSD表达随时间显著增加，而CTSG保持稳定；免疫荧光证实两种蛋白在血肿中广泛存在。最后从5名健康供体分离中性粒细胞，经体外极化获得N0（未刺激）、N1（LPS+IFN-γ/β诱导）和N2（TGF-β1+G-CSF+IL-10诱导）表型，发现N2细胞高表达CTSD而N1细胞高表达CTSG。

3.1 CTSD和CTSG在挪威大鼠骨折愈合中呈现差异表达模式
生物信息学分析显示，与大鼠健康骨组织相比，骨折血肿中CTSD显著上调而CTSG下调，提示二者可能参与不同愈合阶段。

3.2 人类骨折愈合过程中CTSD表达递增而CTSG保持稳定
线性回归分析显示，人类骨折血肿中CTSD基因表达与伤后时间呈显著负相关（p=0.0017），而CTSG无显著变化。蛋白水平检测证实二者全程参与愈合过程。

3.3 CTSD和CTSG表达呈现N1/N2表型特异性
极化实验表明，N2中性粒细胞CTSD表达显著高于N1（p=0.0016），而CTSG在N1中更丰富（p=0.008），提示二者可能作为表型标记物。

讨论部分指出，CTSD的时程性增加与N2表型优势化趋势吻合，其通过促进自噬和蛋白稳态可能推动愈合进程；而CTSG的稳定表达暗示除中性粒细胞外，肥大细胞等其他免疫细胞也可能贡献其表达。该研究不仅首次建立CTSD/CTSG表达谱与骨折愈合阶段的关联，更创新性地将其与中性粒细胞表型转换相联系，为理解"炎症-再生"转化提供了分子层面的解释。

这项研究的转化价值在于：一方面，CTSD可能成为监测愈合进程的生物标志物；另一方面，通过调控CTSD/CTSG平衡来定向诱导N2表型，或为开发促进骨再生的免疫疗法提供新思路。未来研究需进一步阐明这些蛋白酶是否直接影响成骨分化，以及如何与其他免疫细胞（如巨噬细胞）协同作用。这些发现为骨折愈合的精准干预奠定了重要理论基础。