机械力促进巨噬细胞线粒体转移至骨髓间充质干细胞以增强骨形成

这篇研究揭示了机械力通过激活巨噬细胞中线粒体分裂蛋白Drp1，促进线粒体富集囊泡（Mito-EVs）释放，并通过CD200R-CD200相互作用增强骨髓间充质干细胞（BMSCs）对线粒体的摄取，最终促进成骨分化和骨形成。该研究为力学刺激调控骨免疫微环境提供了新机制，为骨再生医学提供了潜在治疗靶点。

　　

引言

机械刺激与生命活动密切相关，尤其在骨代谢中发挥关键作用。骨组织具有高度机械敏感性，机械力可通过骨免疫微环境调控骨形成。巨噬细胞（Macrophages）与骨髓间充质干细胞（BMSCs）在骨免疫微环境中存在密切互作，但具体机制尚不明确。近年研究发现，线粒体转移（Mitochondrial Transfer）是一种新型细胞间通讯方式，可能参与力学刺激下的骨形成调控。

结果

跑步诱导的小鼠骨量增加可能与巨噬细胞线粒体转移相关

通过小鼠跑步模型和单细胞转录组分析发现，跑步后小鼠胫骨小梁骨量显著增加，且巨噬细胞与BMSCs的相互作用增强。共培养实验证实，巨噬细胞可通过隧道纳米管（TNTs）和胞外囊泡（EVs）将线粒体转移至BMSCs，其中EVs介导的转移占主导地位。

机械力改变巨噬细胞线粒体动力学

应用Flexcell张力系统模拟体内力学环境，发现4小时机械拉伸（10%，0.5 Hz）显著增加巨噬细胞线粒体数量，减少平均线粒体面积，提示线粒体分裂（Fission）增强。JC-1探针检测显示线粒体膜电位（ΔΨ_m）升高，表明能量代谢活跃。

机械力通过Drp1促进线粒体转移

机械拉伸上调巨噬细胞中Drp1的表达并促进其从胞质转位至线粒体。Drp1敲除后，机械力诱导的线粒体分裂和转移效应被显著抑制。体内实验进一步证实，机械拉伸后的巨噬细胞在胫骨注射模型中转移更多线粒体至Prx1⁺ BMSCs。

机械拉伸巨噬细胞来源的Mito-EVs通过CD200R-CD200促进BMSCs成骨分化

透射电镜和Western blot验证了Mito-EVs的线粒体标志物（TOMM20、COX4）和囊泡标志物（CD63）。机械拉伸组Mito-EVs的线粒体含量和CD200R表达显著增加。CD200⁺ BMSCs表现出更强的成骨潜能，提示CD200R-CD200互作可能介导Mito-EVs的识别与内化。

体内验证Mito-EVs的促骨形成作用

胫骨局部注射机械拉伸组Mito-EVs（Tension^Si-NC-MEV）显著增加骨体积分数（BV/TV）和成骨标志物（ALP、OCN）表达，而CD200R敲除组（Tension^Si-CD200r-MEV）无此效应，证实CD200R-CD200轴的关键作用。

讨论

本研究首次揭示机械力通过Drp1介导的巨噬细胞线粒体分裂，促进Mito-EVs释放及CD200R-CD200依赖的BMSCs摄取，从而增强成骨分化。线粒体形态（分裂态）和免疫识别（CD200R-CD200）的双重调控为骨再生提供了新策略。未来需进一步探索Drp1翻译后修饰及其他受体（如MFF）在力学信号转导中的作用。

方法

实验采用C57BL/6小鼠和Prx1-Cre^tdTomato模型，通过Flexcell系统施加循环张力，结合超分辨显微镜（HIS-SIM）、流式细胞术和微CT等技术分析线粒体转移与骨形成。数据统计采用GraphPad Prism 7进行ANOVA和t检验。