胫骨骨折后大鼠脊髓转录组动态变化揭示脊髓与骨骼互作新机制

本研究针对脊髓损伤(SCI)导致的进行性骨丢失和骨折易感性增加这一临床难题，通过建立大鼠胫骨骨折模型，采用RNA测序技术系统分析了L4-L5脊髓节段在骨折后0、3、7、14和28天的转录组动态变化。研究发现骨折后脊髓呈现三阶段转录重编程：3-7天为神经退行性阶段（激活ALS、PD等通路），14天为突触可塑性转变阶段（富集mTOR、AMPK等通路），28天恢复稳态。验证发现PCP4和RICTOR等关键基因具有时序表达特征，揭示了神经-骨骼双向调控的新机制，为骨折后神经保护策略提供理论依据。

　　

骨骼与神经的隐秘对话：骨折如何重塑脊髓功能？

传统观念认为骨折仅是局部骨骼损伤，但越来越多的证据表明神经系统深度参与骨代谢调控。脊髓损伤(SCI)患者会出现特征性的神经源性骨质疏松，表现为损伤平面以下的骨量快速丢失，这种骨丢失模式与机械负荷减少导致的普通骨质疏松截然不同。更引人注目的是，骨骼本身密布着交感神经传出纤维和感觉神经传入纤维，形成复杂的"神经-骨骼轴"。然而，当骨骼发生骨折时，中枢神经系统尤其是脊髓会如何响应？这个反向调控机制长期以来是个黑箱。

来自北京大学人民医院的Yin Xiaofeng和Yu Dehong团队在《Scientific Reports》发表的研究，首次绘制了骨折后脊髓转录组动态图谱。研究人员建立大鼠胫骨骨折模型，选取支配骨折区域的L4-L5脊髓节段，在5个时间点（0、3、7、14、28天）进行RNA测序，结合GO、KEGG和IPA等生物信息学分析，揭示了脊髓对骨折的时序响应规律，并发现PCP4和RICTOR等关键调控分子可能介导神经-骨骼互作。

关键技术方法

研究采用6-8周龄SD大鼠建立标准化胫骨骨折模型，通过Illumina平台进行脊髓组织RNA测序，每组n=3。使用CuffDiff识别差异表达基因(DEGs)，设定adj.p<0.05为阈值。采用clusterProfiler进行GO和KEGG通路富集分析，QIAGEN IPA软件预测上游调控因子，qRT-PCR验证关键基因表达。所有实验遵循ARRIVE指南，经北大人民医院动物伦理委员会批准（2020PHC015和2024PHE029）。

主要研究结果

1. 转录组动态变化

骨折后脊髓呈现三阶段转录重编程：

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  急性期（3-7天）：检测到4986和4784个DEGs，神经退行性通路（ALS、PD、AD等）显著激活

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  转变期（14天）：4364个DEGs，突触可塑性相关通路（mTOR、AMPK、PI3K-Akt等）占主导

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  恢复期（28天）：DEGs数量锐减，提示稳态重建

2. 功能富集特征

GO分析显示：

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  3-7天：富集RNA剪接、蛋白泛素化降解等核内过程

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  14天：突触后密度、神经元间突触等突触结构相关条目显著

  KEGG揭示：

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  早期（3-7天）：神经退行性疾病通路集群激活

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  14天：代谢重编程通路（mTOR、cGMP-PKG等）占主导

3. 关键调控网络

IPA预测RICTOR和TEAD1为神经退行性基因网络的核心上游调控因子。qRT-PCR验证显示：

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  钙调蛋白调节因子PCP4在3/7天显著上调，可能通过CALM1保护神经元免受钙毒性

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  KRIT1在14天下调，可能增加氧化应激风险

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  mTOR通路关键组分RICTOR在7/14天表达受抑

研究启示与展望

该研究首次系统描绘了骨折后脊髓转录组重塑的时空图谱，提出"骨折-神经退行性反应-突触可塑性重建"的三阶段模型。特别值得注意的是，脊髓在14天时表现出显著的突触重构特征，这与骨折临床愈合的关键时间点高度吻合，暗示神经可塑性可能主动参与骨修复调控。发现的PCP4和RICTOR等分子具有双重调控潜力：PCP4既能通过CALM1维持神经元钙稳态，又可促进成骨细胞分化；RICTOR既参与神经保护，又调控骨力学性能。

研究也存在一定局限：转录组变化尚未通过组织学验证实际 neurodegeneration 程度；缺乏神经特异性基因敲除验证靶点功能。未来研究可结合intrathecal给药或DNA折纸递送系统，精确调控脊髓基因表达并观察对骨折愈合的影响。临床转化方面，PCP4和RICTOR的表达时序可能作为神经-骨交互状态的生物标志物，而急性期（3-7天）或成为神经保护干预的关键时间窗。

这项研究突破了传统"骨局部修复"的认知框架，确立了"骨-背根神经节-脊髓"双向调控轴的存在，为开发神经调节型骨修复策略奠定了理论基础。正如作者指出，未来或可设计能同时靶向神经保护和骨形成的"双效"药物，实现骨折治疗的范式革新。