空间转录组学揭示骨关节炎软骨下骨异常重塑的空间生态型与调控机制

《Nature Communications》：Spatial transcriptomics reveals microenvironmental heterogeneity in osteoarthritic subchondral bone

摘要

尽管越来越多的证据表明软骨下骨改变与骨关节炎相关，但软骨下骨重塑的空间组织方式仍不明确。通过将空间转录组学应用于人类软骨下骨，我们发现了一个空间保守的成骨核心-光晕架构，该架构在硬化微环境中表现出转录重编程。基于空间依赖性和定制的细胞-细胞通讯框架，我们揭示了成骨细胞-破骨细胞空间耦合的紊乱、成骨细胞-间充质相互作用的增强，并鉴定出FN1-SDC2和COL1A1-DDR2作为可能参与异常骨重塑的候选基质-成骨信号轴。此外，我们展示了骨细胞的原位转录图谱，并揭示了其在异常骨重塑中的潜在调控作用。我们进一步界定了跨越病理状态的一系列空间生态型，这些生态型表现出不同的富集特征、空间拓扑重组以及生态型间通讯的重连。代谢通量推断还揭示，在硬化微环境中多个生态型存在底物受限的应激状态。总之，我们的研究结果为提高骨关节炎中软骨下骨异常重塑的理解提供了关键见解，并为未来的机制研究和治疗探索提供了有价值的框架。