萘暴露通过ROS-泛素通路抑制成骨分化的机制研究及其在3D球体模型中的验证

本研究针对环境污染物萘对骨骼健康的潜在危害，首次揭示了低剂量萘（5-50 μM）通过ROS/GSK3β/β-catenin轴抑制MG-63细胞成骨分化的分子机制。研究人员结合2D和3D培养模型，发现萘通过诱导活性氧（ROS）生成，激活GSK3β并促进β-catenin泛素化降解，进而抑制RUNX2、ALP等成骨标志物表达和基质矿化。该成果为环境污染物致骨代谢异常提供了新证据，发表于《Ecotoxicology and Environmental Safety》，对骨质疏松防治和职业暴露风险评估具有重要价值。

　　

环境污染物与骨骼健康的隐秘战争

在工业生产和日常生活中，萘（Naphthalene）作为多环芳烃（PAH）家族成员，广泛存在于汽车尾气、香烟烟雾和传统防蛀剂中。尽管其肺肝毒性已被广泛研究，但国际癌症研究机构（IARC）列为2B类致癌物的萘，对骨骼系统的潜在危害始终是未解之谜。随着全球骨质疏松症患者激增，科学家开始关注环境毒素对骨代谢的隐形威胁——骨重塑平衡一旦打破，将导致骨折风险倍增。

从实验室到三维世界的探索

韩国釜山国立大学药学院的Chawon Yun、Sou Hyun Kim等研究者选择人成骨样MG-63细胞作为研究对象，这种细胞具有明确的成骨特性。研究团队创新性地采用PAMCELL? R100平台构建3D球体模型，通过对比传统二维（2D）培养，首次在模拟体内微环境条件下系统评估了萘的骨毒性。

关键技术方法

研究通过MTT法检测细胞活力，Alizarin Red S染色和Fluo-4 AM荧光染色量化钙沉积，qPCR和Western blot分析成骨标志物及Wnt/β-catenin通路关键蛋白。利用免疫共沉淀验证β-catenin泛素化，并通过LiCl（GSK3β抑制剂）和MG132（蛋白酶体抑制剂）进行功能回复实验。3D培养采用ECM模拟肽修饰的支架-free系统，确保球体直径控制在50-400 μm。

低剂量萘的隐秘攻击

在细胞活性不受影响的浓度下（图1），萘显著抑制碱性磷酸酶（ALP）活性和基质矿化。通过qPCR发现，成骨关键基因RUNX2、Osterix（OSX）和胶原蛋白1A1（COL1A1）表达量下降50%以上（图2A），蛋白水平验证显示β-catenin核转位减少，其下游靶标c-Myc和cyclin D1同步下调（图2C-D）。

ROS引爆的分子多米诺

研究揭示萘诱导的活性氧（ROS）爆发是始作俑者（图3A）。当用抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸（NAC）处理时，被抑制的p-GSK3β^Ser9和β-catenin水平完全恢复（图3C）。更关键的是，免疫共 precipitation捕获到萘处理组中β-catenin-泛素复合物显著增加（图3E），证实ROS通过激活GSK3β，推动β-catenin经泛素-蛋白酶体途径降解。

3D模型的进阶验证

在更具生理相关性的3D球体模型中（图4），MG-63细胞自发表现出更强的成骨潜力——即便在标准培养基中，其矿化程度仍超2D培养的3倍（图4C）。但萘暴露同样导致β-catenin信号衰减（图6D），且核内β-catenin荧光强度降低40%，证明毒性机制在不同模型中的普适性。

环境毒理学的警示灯

这项发表于《Ecotoxicology and Environmental Safety》的研究（图7），首次构建了"萘-ROS-GSK3β-β-catenin-成骨抑制"的完整通路。特别值得注意的是，3D模型揭示的环境浓度（50 μM）萘即可干扰骨形成，这对长期接触工业污染物或滥用含萘防蛀剂的人群具有明确警示意义。

研究的局限性在于未开展动物实验，且MG-63细胞代谢萘的能力可能低于肝细胞。未来需要探索萘代谢产物是否通过芳香烃受体（AhR）等其他途径参与骨调控。尽管如此，这项工作为环境污染物与骨骼疾病的关联提供了分子证据，也为开发靶向Wnt/β-catenin通路的骨保护剂指明了新方向。