《Toxicology Letters》：RANKL/OPG axis as a therapeutic target for microplastic-induced bone loss: Mechanistic insights from transcriptomic and functional validation
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本研究聚焦微塑料(MPs)污染对人体骨骼健康的潜在威胁，首次在人体骨组织中系统检测到MPs沉积，并深入探讨其通过调控RANKL/OPG轴破坏骨代谢平衡的新机制。研究人员通过多组学分析发现MPs通过激活RANK-NFATc1信号通路促进破骨细胞分化，为环境污染物相关性骨病的防治提供了新靶点。
塑料制品在给现代社会带来便利的同时，其降解产生的微塑料(microplastics, MPs)对生态系统和人类健康构成了严重威胁。近年来，研究人员在人体血液、胎盘、肝脏等多个组织中检测到MPs的存在，然而这些微小颗粒是否能够侵入骨骼组织并影响骨代谢平衡，至今仍缺乏系统研究。骨骼作为代谢活性器官，其健康状态依赖于成骨细胞介导的骨形成与破骨细胞介导的骨吸收之间的动态平衡。一旦这种平衡被打破，将导致骨质疏松等代谢性骨病的发生。
广东医科大学附属医院脊柱退变与畸形外科团队在《Toxicology Letters》发表的最新研究，首次通过多模态检测技术证实了MPs在人体骨组织中的广泛存在，并深入揭示了其通过调控RANKL/OPG轴促进骨丢失的新机制。该研究不仅为环境污染物与骨骼健康的关系提供了重要证据，也为防治MPs相关骨病提供了新的治疗靶点。
研究人员采用了一系列关键技术方法开展本研究。他们收集了40例骨科手术患者的骨组织样本（涵盖颈椎、胸椎、腰椎及四肢骨骼），通过尼罗红染色进行初筛，结合显微拉曼光谱和显微傅里叶变换红外光谱进行MPs的定性和定量分析。在机制研究方面，团队建立了MPs-PE喂养的小鼠模型，通过高通量转录组测序分析股骨组织的基因表达变化，并利用骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cells, BMSCs)和Raw264.7细胞共培养体系，通过实时定量PCR和TRAP染色等功能实验验证MPs对骨代谢的影响。
2.1. 骨组织样本来源信息
研究纳需40例接受脊柱和四肢手术的患者，采集其颈椎、胸椎、腰椎及四肢（肱骨、桡骨、尺骨、指骨、股骨和胫腓骨）的骨组织样本。其中20例样本用于尼罗红染色和拉曼光谱检测，另外20例用于显微傅里叶变换红外光谱分析。
2.2. 尼罗红染色初筛MPs
通过尼罗红染色对骨组织样本进行初筛，发现在不同部位的人体骨组织样本中，有16个样本呈现荧光信号，提示可能存在MPs。这些荧光阳性样本随后被用于拉曼光谱分析。
2.3. 骨组织样本的拉曼光谱分析
拉曼光谱分析在16个骨组织样本中鉴定出聚合物颗粒，粒径范围为10-20微米。共鉴定出5种MPs类型：聚乙烯(polyethylene, PE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate, PET)、聚酰胺(polyamide, PA)、聚苯乙烯(polystyrene, PS)和乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(polyethylene co-vinyl acetate, PEVA)。其中PE最为常见，占31.25%。
2.4. 骨组织样本的显微傅里叶变换红外光谱分析
显微傅里叶变换红外光谱分析在17个骨组织样本中检测到聚合物颗粒。鉴定出6种MPs类型：PE、聚丙烯(polypropylene, PP)、PS、聚醚酰亚胺(polyetherimide, PEI)、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol, PVA)和聚丙烯酰胺(polyacrylamide, PAM)。其中PP占比最高，为29.41%。
2.5. MPs-PE喂养小鼠股骨差异表达基因鉴定及功能分析
通过高通量测序分析发现，MPs-PE处理组与对照组相比，共鉴定出1800个差异表达基因，其中870个基因上调，930个基因下调。KEGG通路富集分析显示，上调基因显著富集于"造血细胞谱系"、"NF-κB信号通路"、"PPAR信号通路"等通路；下调基因主要富集于"代谢通路"、"糖酵解/糖异生"、"HIF-1信号通路"等。
2.6. MPs-PE通过RANKL/OPG信号诱导破骨细胞分化的验证
功能实验证实，MPs-PE处理显著提高了BMSCs中RANKL/OPG的比值，同时条件培养基能够诱导Raw264.7细胞中破骨细胞分化标志物NFATc1和RANK的表达上调。TRAP染色进一步证实MPs-PE处理显著增加了破骨细胞的数量和面积。
研究讨论部分指出，本研究首次在人体骨组织中系统检测到MPs的存在，发现率高达82.5%（33/40样本），主要成分为PE和PP，粒径集中在10-20微米，密度为2-3个MPs/2克骨组织。这些发现将MPs的生物累积研究范围扩展至骨骼系统，由于骨骼组织更新缓慢，MPs可能在其中长期滞留，对骨骼健康产生慢性影响。
机制研究表明，MPs通过多种途径破坏骨代谢平衡。首先是调控RANKL/OPG轴，MPs暴露增加了BMSCs中RANKL/OPG的比值，进而激活Raw264.7细胞中的RANK-NFATc1信号通路，促进破骨细胞分化。其次是氧化应激，转录组数据显示MPs处理上调了活性氧生成相关基因Alox15，下调了抗氧化相关基因Slc7a11。此外，MPs还可能通过内分泌干扰和肠-骨轴等途径影响骨代谢。
该研究的重要意义在于首次建立了从临床样本检测到机制验证的完整证据链，提出了"环境性破骨细胞生成"的新概念，将环境污染物与骨骼健康直接联系起来。从治疗角度看，针对RANKL/OPG轴的现有药物（如地诺单抗）可能对MPs诱导的骨丢失具有治疗价值。同时，研究结果强调了将MPs监测纳入骨骼健康评估的必要性，以及从公共卫生角度控制MPs污染的重要性。
研究也存在一定局限性，如检测技术对小于10微米颗粒的灵敏度有限，可能低估了纳米塑料的生物学效应；样本主要来自中国沿海地区，结论的普适性有待验证；机制研究主要基于细胞系，需要进一步在原发性骨细胞中验证。
总之，这项研究为MPs作为骨质疏松等骨骼疾病的新型环境风险因素提供了有力证据，强调了采取"一体化健康"方法应对MPs污染的重要性，为相关疾病的预防和治疗提供了新思路。
