老年髋骨关节炎（OA）患者骨髓（BM）髓系偏倚及未成熟CD11b?/low/CD16?髓源性抑制细胞（MDSCs）免疫调节功能保留

《GeroScience》：Bone marrow myeloid skewing and preserved immunoregulation in hip osteoarthritis of elderly patients

　　

骨关节炎（OA）日益被认为是一种涉及低度炎症和免疫重塑的疾病，然而骨髓（BM）髓系区室对髋OA的贡献仍定义不足。髓源性抑制细胞（MDSCs）是一类具有免疫调节活性的未成熟髓系细胞，并在炎症性骨病中具有潜在作用。在此，研究人员比较了老年髋OA患者与接受股骨近端骨折手术患者的离体BM髓系组成及BM-MDSCs的功能特性。对两个队列的BM抽吸物进行流式细胞术分析，并采用粒细胞集落刺激因子（G-CSF）和粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF）培养以诱导BM-MDSCs。尽管髋OA队列平均年龄较低，这些患者BM髓系细胞比例显著高于骨折患者，而淋巴样细胞频率无显著差异。髓系成熟阶段分析显示，在离体及细胞因子驱动扩增后，髋OA样本中CD11b⁺/CD16^low晚幼粒细胞样细胞富集。功能实验表明，对活化T细胞增殖的抑制仅限于最未成熟髓系组分，该组分呈现早幼粒细胞样特征。这种抑制活性在髋OA和骨折队列中均保留，组间无显著差异。这些发现表明，髋OA与BM髓系偏倚及髓系亚群选择性富集（类似晚幼粒细胞）相关，同时免疫调节功能保守。BM可能代表与髋OA慢性炎症和免疫调节平衡相关的活跃免疫区室。

研究背景与问题：骨关节炎（osteoarthritis, OA）传统上被视为年龄相关、以生物力学过载为主的退行性过程，但近期证据支持多因素发病机制：机械应力、代谢改变、关节驻留细胞衰老和慢性低度炎症协同促进组织退化。OA的炎症程度虽低于自身免疫性关节炎，却促进滑膜活化、白介素-1β（IL-1β）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白介素-6（IL-6）等促炎因子产生、免疫细胞浸润，破坏关节稳态，增强破骨、改变软骨下骨重塑，并通过金属蛋白酶等分解代谢介质加速软骨降解。免疫系统随龄发生免疫衰老（immunosenescence）和炎性衰老（inflammaging），后者为无显性感染时持续低度炎症状态，伴TNF-α、IL-6等升高。衰老还重塑骨髓（BM）造血，使髓系生成增加、淋系生成减少，导致成熟髓系和未成熟祖细胞过产，髓源性抑制细胞（MDSCs）在BM、外周血、脾和淋巴结扩增。MDSCs是异质性未成熟髓系细胞，具免疫抑制活性，其中早幼粒细胞样BM-MDSCs负责T细胞抑制，并已在肿瘤等疾病中与不良预后相关。骨病炎症微环境促进髓系活化和MDSC扩增，MDSCs可影响骨稳态，分化为破骨细胞或分泌细胞因子，参与病理性骨破坏。但MDSCs在髋OA慢性低度炎症中的作用尚未专门研究。研究人员此前发现，BM抽吸物前体经GM-CSF和G-CSF刺激可生成BM-MDSCs，其中CD11b^?/low/CD16^?未成熟群具免疫抑制活性；老龄者BM-MDSCs抑制能力保留。但既往老年队列未按髋OA和骨折分层。因此，本研究旨在比较老年髋OA患者与股骨骨折手术患者BM髓系组成及BM-MDSC诱导和功能，明确髋OA BM是否呈免疫细胞组成改变和抑制功能差异。

研究人员开展了什么研究、结论、意义：研究人员纳入13例髋OA行全髋关节置换患者和13例意外股骨近端骨折手术患者，采集BM，进行流式分析并诱导BM-MDSCs，比较表型、形态和抑制功能。结论：髋OA患者尽管平均年龄低于骨折组，BM髓系细胞比例显著更高，淋巴系无显著差异；CD11b⁺/CD16^low晚幼粒细胞样细胞在离体和细胞因子扩增后富集；抑制活化T细胞增殖的功能局限于最未成熟CD11b^?/low/CD16^?群，且在髋OA和骨折组均保留，组间无显著差异。意义：髋OA与BM髓系偏倚和选择性未成熟髓系亚群富集相关，同时免疫调节功能保守；BM可能是连接慢性炎症和免疫调节的活跃免疫区室。

关键技术方法（≤250字）：研究样本来自Padova大学医院骨科与骨肿瘤科，前瞻性连续收集13例髋OA全髋置换和13例股骨近端骨折手术患者BM；排除活动性恶性肿瘤、自身免疫病、感染和血液病；伦理协议No. 95/2015，签署知情同意。关键技术包括：流式细胞术分析BM髓系和淋巴系组成；免疫磁珠去除CD3⁺/CD19⁺/CD56⁺细胞，细胞因子诱导BM-MDSCs；以CD11b/CD16区分亚群，磁珠和FACS分选；CellTrace标记PBMC经抗CD3/抗CD28刺激后与髓系细胞共培养，评估T细胞增殖和CD3表达；细胞离心涂片May-Grünwald-Giemsa染色观察形态；Shapiro-Wilk、t检验、Mann-Whitney U、Wilcoxon、Spearman相关分析。

研究结果：
1. Enrichment of myeloid cells in the BM of hip OA patients（髋OA患者BM髓系细胞富集）：新鲜BM流式显示，髋OA组BM髓系细胞比例显著高于骨折组，淋巴系无显著差异；进一步用CD11b/CD16分析成熟阶段，CD11b⁺/CD16^low晚幼粒细胞样亚群在髋OA中增加，中位数16.7% vs 11.7%。结论：髋OA与BM髓系选择性富集相关，不能仅由高龄解释。
2. Cytokine-driven expansion of BM-MDSC reveals enhanced immature myeloid output in hip OA BM（细胞因子驱动BM-MDSC扩增显示髋OA BM未成熟髓系输出增强）：去除T/B/NK后，经G-CSF和GM-CSF培养4天，两组均见最未成熟CD11b^?/low/CD16^?减少、CD11b⁺/CD16^low增加、CD11b⁺/CD16⁺减少，CD11b⁺/CD16^?无显著变化；培养后CD11b⁺/CD16^low在髋OA仍高于骨折，中位数31.5% vs 20.3%。结论：髋OA BM中间髓系细胞持续富集。
3. BM-MDSCs from hip OA and fracture patients suppress activated T cell proliferation and downregulate CD3 expression（髋OA和骨折患者BM-MDSCs抑制活化T细胞增殖并下调CD3表达）：共培养实验显示，仅未成熟CD11b^?/low/CD16^?显著抑制活化T细胞增殖，未分选和CD11b⁺/CD16⁺无显著抑制；两组抑制能力无显著差异；CD3表达在共培养后降低。结论：BM-MDSC介导的免疫抑制在髋OA慢性低度炎症环境中未受损。
4. Cell sorting identifies functional and morphological heterogeneity among BM-MDSC subsets in hip OA（细胞分选识别髋OA中BM-MDSC亚群功能和形态异质性）：对一例髋OA样本分选CD11b^?/low/CD16^?、CD11b⁺/CD16^?和CD11b⁺/CD16^low，抑制T细胞增殖仅见于最未成熟群；CD3下调见于所有分选群，梯度为CD11b^?/low/CD16^?最强、CD11b⁺/CD16^?次之、CD11b⁺/CD16^low最弱。形态上，未分选细胞混合；CD11b^?/low/CD16^?呈早幼粒细胞样、核仁明显且最均一；CD11b⁺/CD16^?富集髓细胞、较大并含巨噬细胞样；CD11b⁺/CD16^low含晚幼粒细胞、杆状核和分叶核及空泡巨噬细胞样。结论：BM-MDSC亚群存在功能和形态异质性。
5. Immature BM-MDSC subset composition correlates with immunosuppressive activity（未成熟BM-MDSC亚群组成与免疫抑制活性相关）：分析CD11b^?/low/CD16^?内CD11b^?/CD16^?和CD11b^low/CD16^?亚群。细胞因子刺激后，CD11b^?/CD16^?在髋OA高于骨折，中位数6.4% vs 4.7%；Spearman相关显示骨折样本中CD11b^low/CD16^?与抑制活性正相关，髋OA中呈相反负趋势但不显著。结论：髋OA中未成熟亚群组成与抑制活性关系发生改变。

讨论部分总结：讨论指出，髋OA组较骨折组更年轻，但BM髓系偏倚更明显，提示疾病相关炎症可能放大年龄相关造血重塑；骨折组不是健康对照，而是反映急性、时间有限炎症的临床可行对照。MDSCs在OA中可能不仅有经典免疫抑制作用，Guo et al.显示其可双相调节，驱动炎症并参与修复；Sawant et al.显示MDSCs可分化为破骨细胞，Charles et al.发现炎性关节炎中破骨前体保留抑制T细胞能力，提示免疫抑制与病理性骨吸收可共存。本研究未评估髋OA BM-MDSCs的破骨潜力。细胞因子诱导在两组产生相似髓系重塑，CD11b/CD16可标记髓系成熟。髋OA BM髓系偏倚可能反映BM niche中疾病相关慢性低度炎症偏向髓系分化。尽管表型差异，BM-MDSC抑制功能保留，抑制限于CD11b^?/low/CD16^?，并伴CD3下调。机制未直接研究，可能与精氨酸酶-1（Arg-1）、诱导型一氧化氮合酶（iNOS）、活性氧（ROS）、白介素-10（IL-10）、转化生长因子-β（TGF-β）、程序性死亡配体1/程序性死亡受体1（PD-L1/PD-1）、腺苷等MDSC相关通路有关，但需未来研究。限制包括年龄和性别分布差异、骨折组非无炎症对照、样本量有限、相关性分析样本少、分选发现来自单样本、未测系统炎症标志物，且未与滑液/组织和软骨下骨配对。

结论翻译：慢性BM髓系偏倚可能通过持续供应参与滑膜炎症、软骨降解和骨重塑的先天免疫细胞而与髋OA进展相关。炎症与免疫调节的平衡可能构成OA特征性低度持续炎症状态，使其区别于明显自身免疫病。然而，衰老过程中免疫抑制机制长期激活也可能导致免疫功能障碍和组织修复受损。持续MDSC活性与老年人免疫功能障碍、组织修复受损和宿主防御改变有关。因此，OA可能代表由炎性衰老驱动的免疫失衡状态，其中髓系生成增加与免疫调节保留共存。靶向髓系反应可能提供调节疾病进展而不广泛抑制免疫功能的策略。总之，研究人员的数据表明，髋OA与BM髓系偏倚增加及未成熟髓系亚群选择性富集相关，同时保留CD11b^?/low/CD16^? BM-MDSCs的免疫抑制功能。这些发现为BM作为炎症老化和OA中活跃免疫枢纽的作用提供新见解，突出年龄相关退行性疾病中炎症与免疫调节之间的复杂平衡。