在炎症应激下，精胺通过m6A甲基化-自噬轴促进骨髓间充质干细胞（BMSCs）的成骨分化

《Free Radical Biology and Medicine》：Spermidine promotes osteogenic differentiation of BMSCs via the m6A methylation-autophagy axis under inflammatory stress

骨髓间充质干细胞（BMSCs）在炎症环境下的成骨潜力调控机制研究，发现精氨琥珀酸（SPD）通过提升S-腺苷甲硫氨酸（SAM）水平并激活METTL3/METTL14甲基转移酶，增强m6A甲基化介导的成骨分化及自噬过程，为炎症性颌骨疾病治疗提供新靶点。

　　

郝莉莉|张文杰|彭晓婷|白玉佳|田成|张一文|李迪|冯志辉|徐宝山|徐琼

中山大学口腔医院，中国广州510055

摘要

骨髓间充质干细胞（BMSCs）的成骨潜能紊乱是炎症性颌骨疾病的特征。最新研究表明，炎症刺激会干扰BMSCs的成骨过程中的能量代谢。然而，关键代谢物对BMSCs骨化的影响仍不清楚。在本研究中，我们进行了全面的靶向代谢组学分析，比较了在有无脂多糖（LPS）诱导的炎症刺激下的BMSCs成骨分化过程。我们发现，在炎症环境中，精胺（SPD）以及甲基化的嘌呤和嘧啶显著下调。外源性SPD补充剂增强了BMSCs的成骨能力，并增加了N6-甲基腺苷（m⁶A）的甲基化水平。机制上，SPD提高了S-腺苷甲硫氨酸（SAM）的水平，并上调了甲基转移酶METTL3和METTL14的活性。同样，作为SAM合成促进剂的甜菜碱也增加了m⁶A的甲基化水平并改善了BMSCs的成骨潜能。相反，METTL3/METTL14抑制剂S-腺苷同型半胱氨酸（SAH）降低了m⁶A的甲基化水平并抵消了SPD的成骨效应。这表明SPD通过调节m⁶A的甲基化来增强BMSCs的成骨能力。此外，SPD激活了BMSCs的自噬作用，而SAH则抑制了SPD诱导的自噬。值得注意的是，自噬诱导剂雷帕霉素（Rap）的处理恢复了被SAH抑制的自噬和成骨分化。体内实验中，SPD补充剂在炎症性下颌缺损的大鼠模型中增强了m⁶A的甲基化并促进了骨再生。总之，本研究表明SPD在炎症条件下通过m⁶A甲基化–自噬轴促进BMSCs的成骨潜能，为炎症性颌骨疾病提供了新的治疗途径。

部分摘要

引言

牙周炎和根尖周炎是常见的炎症性颌骨疾病，分别影响全球约62%和52%的成年人。作为慢性炎症性疾病，这些疾病不仅损害患者的咀嚼功能，还与糖尿病和心血管疾病等多种系统性疾病之间存在双向相互作用，从而增加了全球公共卫生负担并提高了相关医疗成本1, 2, 3, 4。

BMSCs的分离

本研究中使用的SD大鼠来自中山大学动物中心。根据既定方案[36]，从2-3周龄SD大鼠的股骨和胫骨中分离BMSCs。分离出的BMSCs被接种到T25培养瓶中，并在含有10%胎牛血清（FBS；Cell max，兰州，中国）和1%青霉素/链霉素（NCM，苏州，中国）的α-最小必需培养基（α-MEM；Gibco，纽约，美国）中培养。24小时后，非贴壁细胞被...

LPS处理降低SPD水平并抑制BMSCs的成骨分化

为了研究炎症条件下BMSCs成骨分化过程中的代谢变化，我们通过用LPS刺激BMSCs建立了体外模型。细胞活力检测和qRT-PCR分析显示，1 μg/mL的LPS并未影响BMSCs的生长，但显著降低了成骨标志物Runx2的水平（图1-1A，B）。因此选择该浓度在后续实验中诱导炎症环境。

如图1-1C所示，LPS...

讨论

在炎症性颌骨疾病中，慢性炎症会加速骨吸收并抑制骨形成，BMSCs向成骨细胞和骨细胞的分化受到严重影响40, 41。BMSCs具有在病理条件下（如炎症环境）调整其代谢途径以维持成骨功能的能力14, 42。作为炎症性颌骨疾病的常见致病因素，LPS会触发...

作者贡献声明

郝莉莉：撰写初稿、方法学设计、实验实施、概念构思。张文杰：撰写初稿、实验实施、数据分析、概念构思。田成：数据可视化、项目管理。张一文：软件应用、数据分析。彭晓婷：数据可视化、方法学设计、实验实施、数据分析。白玉佳：数据分析。徐宝山：项目监督、资源获取、概念构思。徐琼：

伦理批准和参与同意

本研究中使用的SD大鼠来自中山大学动物中心。所有动物实验均经过中山大学动物伦理委员会审查并获得批准（批准编号：SYSU-IACUC-2023-00143；实验标题：LPS诱导的炎症环境下精胺对SD大鼠下颌缺损愈合的影响；批准日期：2023-09-06），并遵循其法律要求进行。

出版同意

所有作者均同意最终稿件的内容和提交至Free Radical Biology and Medicine

数据和材料的可用性

支持本文结论的数据集包含在文章（及其附加文件）中。

资助

本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：82370944和81972533）的支持。

利益冲突声明

我们声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：82370944（QX）和81972533（BX）的资助。我们衷心感谢Metware公司（武汉，中国）在广泛靶向代谢组学工作方面的支持。此外，我们还使用了Image J、GraphPad Prism和BioRender软件进行数据分析、统计可视化和图表制作。