骨髓巨噬细胞STING信号作为连接骨髓脂肪扩张、NAD+耗竭与成骨衰退的直接枢纽在骨骼衰老中的作用

《Advanced Science》：Bone Marrow Macrophage STING Signaling is a Direct Nexus Linking Marrow Adipose Expansion to NAD+ Depletion and Osteogenic Decline in Skeletal Aging

　　

逆转衰老过程中骨髓微环境破坏性重塑仍是重大挑战。研究人员揭示骨髓巨噬细胞（bone marrow macrophage, BMM）STING信号在骨骼衰老中的年龄依赖性双重作用：BMM STING缺失在骨发育成熟早期有害，但从中年以后 paradoxically 对年龄相关性骨丢失具有保护作用。机制上，累积的骨髓脂肪细胞分泌大量可溶性二肽基肽酶4（soluble dipeptidyl peptidase 4, sDPP4），作为BMM上Toll样受体4（Toll-like receptor 4, TLR4）的胞外配体，与内源性线粒体DNA（mitochondrial DNA, mtDNA）协同激活STING信号。该激活同时诱导CD38依赖的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide, NAD+）补救合成通路。STING驱动上调的CD38不仅放大骨髓炎症，还通过其胞外NAD酶（ecto-NADase）活性消耗相邻骨髓间充质干细胞（bone marrow mesenchymal stem cell, BMSC）成骨所需前体烟酰胺单核苷酸（nicotinamide mononucleotide, NMN），损害NMN可用性与成骨能力。研究人员以STING药理抑制联合NMN补充在治疗模型中减轻骨丢失。该文将BMM STING信号定义为连接骨髓脂肪累积、先天免疫炎症与骨形成下降的直接枢纽，并强调其作为衰老骨髓微环境管理靶点的潜力。

《Advanced Science》刊发的该项研究聚焦骨骼衰老中骨髓微环境重构难题。现有知识表明，衰老伴随骨髓脂肪组织（bone marrow adipose tissue, BMAT）扩张、促炎免疫细胞和衰老细胞累积，但骨髓脂肪细胞特异性衰老相关分泌表型（senescence-associated secretory phenotype, SASP）成分及其与免疫细胞的分子互作不清；cGAS-STING通路在骨发育、绝经后骨丢失与衰老骨中的角色存在情境矛盾，哪些细胞群主要承载衰老相关STING激活、其与BMAT扩张的因果关联均未解决。研究人员以自然衰老小鼠为模型，证明BMM中STING信号随龄激活，且中年以后抑制该信号可延缓骨丢失；机制上，衰老BMAds释放sDPP4结合BMM的TLR4，协同胞质mtDNA激活STING，经IRF3与NF-κB亚基P65转录上调CD38，CD38胞外NAD酶活性消耗微环境NMN，使BMSC的NAD⁺补救合成受阻，引发线粒体功能障碍与成骨分化受损。研究提出BMM STING是BMAT扩张—炎症—骨形成下降的直接枢纽，并以STING抑制剂H-151联合NMN补充取得抗骨质疏松效果，为衰老骨 marrow 微环境干预提供新策略。

作者所采用的主要关键技术方法包括：自然衰老雄性小鼠（3、10、18、24月）骨髓细胞与组织分析；已发表单细包RNA测序数据集（1、1.5、3、16月小鼠）生物信息学分析；Lyz2-Cre介导髓系/巨噬细胞Sting敲除与AAV9-F4/80启动子介导BMM特异性Sting或Cd38敲减/过表达、AAV9-Pdgfrα启动子介导BMAd靶向Dpp4敲减；大鼠3月与18月骨髓上清4D非标记定量蛋白质组学并与BMAd特异RNA-seq交叉；体内骨髓腔注射BMAds条件培养基与重组DPP4、TLR4抑制剂处理；体外BMM与BMSC、BMAds共培养；表面等离子共振（surface plasmon resonance, SPR）、分子对接、免疫共沉淀判定sDPP4-TLR4结合；胞质DNA定量、mtDNA耗竭、线粒体活性氧（mitochondrome reactive oxygen species, mtROS）与Seahorse呼吸分析；染色质免疫沉淀（chromatin immunoprecipitation, ChIP）与双荧光素酶报告基因验IRF3/P65调控Cd38；μCT、钙黄绿素双标、矿化与成骨染色评估骨表型；H-151加NMN联合干预中年小鼠。

研究结果如下。2.1 年龄依赖性BMM STING激活：通过老龄小鼠骨髓dsDNA、cGAMP、p-STING及单细胞数据，研究人员发现BMM是骨髓中Sting高表达细胞，STING磷酸化随龄上升。2.2 中年起始抑制BMM STING延缓骨骼衰老：通过Sting^ΔMφ与AAV9-BMM-shSting，研究人员发现青年期缺失不利，但中年后敲减显著降低骨丢失速率、减少脂肪化、改善矿化。2.3 BMAT累积介导BMM STING激活：通过LPS、老龄骨髓上清与BMAds条件培养基/共培养，研究人员证明衰老BMAds经SASP因子激活BMM STING。2.4 衰老BMAds来源sDPP4激活BMM STING：通过蛋白组与ELISA，研究人员鉴定sDPP4为BMAd富集分泌因子，骨髓腔注入rDPP4损害骨量，BMAd敲减Dpp4改善骨参数。2.5 sDPP4结合TLR4并与mtDNA协同：通过SPR、Co-IP、胞质DNA分析，研究人员证实sDPP4直接结合TLR4/MD-2，且老化BMM释放mtDNA，TLR4信号与mtDNA-cGAS共同激活STING。2.6 STING与NAD⁺稳态失调相关：通过NAD检测、酶活与转录因子实验，研究人员表明STING经IRF3和P65直接转录上调Cd38，增强CD38 NAD酶活动，导致BMM内NAD⁺下降。2.7 中年BMM特异性Cd38抑制减轻炎症与骨丢失：通过AAV9-BMM-shCd38，研究人员显示敲减Cd38降低M1与SASP炎症基因、提升骨髓NAD⁺、延缓骨丢失。2.8 CD38胞外NAD酶导致BMSC的NAD⁺下降：通过78c抑制与WT/Δ49 Cd38过表达，研究人员证明定位于膜表面的CD38以外NAD酶活性耗尽NMN，使BMSC NAD⁺减少。2.9 DPP4-STING-CD38轴损害BMSC成骨：通过线粒体膜电位、OCR、ALP/矿化结节与RUNX2/BMP2分析，研究人员结论为BMM STING-CD38引起BMSC线粒体功能障碍、凋亡增加与成骨能力减弱，Sting或Cd38抑制可恢复。2.10 STING抑制联合NMN补充护骨：通过H-151+NMN与阿仑膦酸钠对照，研究人员发现联合方案提升BMD、BV/TV、Tb.N并降低Tb.Sp，下调炎症与衰老标志，改善BMSC线粒体与NAD⁺。

讨论部分总结：研究人员指出STING在骨中兼具促进破骨与IFN-I抑破骨的双向性，本研究发现其在BMM中随龄被BMAd-sDPP4与mtDNA协同激活，构成炎症—脂肪化—骨形成下降的汇聚节点；Sting^ΔMφ青年骨量低但中年后骨保护，反映发育期与衰老期功能转换；sDPP4作为BMAd SASP新配体、CD38作为胞外NMN消耗者，解释单靶点弱于枢纽靶点的现象；Cd38敲除与Sting缺失有相似年龄翻转表型；联合H-151与NMN证明枢纽干预价值，但单药对照与更纯BMM模型为后续方向。

结论部分翻译：骨髓脂肪扩张、低度炎症与骨转换下降在衰老骨髓微环境中交织，本研究确认BMM中随骨骼衰老显著激活的STING信号为关键调节枢纽；中年起始的BMM特异性STING缺失因微环境整体改变而产生骨保护作用。机制上，衰老BMAds来源的sDPP4作为BMM上TLR4的胞外配体，与胞内累积mtDNA协同激活STING；激活的STING经NF-κB与IRF3直接上调CD38，增强的CD38不仅加速骨髓炎症，还借胞外NAD酶活性削弱BMSC可用NMN，导致线粒体功能障碍与成骨分化受损。治疗上，中年起始的STING药理抑制联合NMN补充具抗骨质疏松效力，为衰老骨髓病理综合管理提供策略。