单细胞转录组揭示酒精与糖皮质激素相关性股骨头坏死的微环境差异

《Biology Direct》：Single-cell RNA sequencing reveals distinct immunometabolic and osteogenic states across etiological subtypes of human osteonecrosis of the femoral head

摘要

背景

股骨头坏死（ONFH）是一种进行性骨骼疾病，其原因多种多样，其中酒精暴露和糖皮质激素的使用是主要的非创伤性致病因素。然而，不同病因亚型下的细胞类型特异性微环境变化尚未完全阐明。

结果

在本研究中，我们对酒精相关性ONFH（ALC-ONFH）、糖皮质激素相关性ONFH（GC-ONFH）以及股骨颈骨折对照组的人体股骨头组织进行了单细胞RNA测序，生成了一个包含77,993个高质量细胞的转录组数据集。整合生物信息学分析发现，这两种ONFH亚型在成骨潜能、免疫代谢状态和信号微环境方面存在显著差异。ALC-ONFH的特点是存在显著的炎症应激微环境，并且成骨修复反应有限；而GC-ONFH则表现出伴随缺氧适应状态的成骨修复细胞程序以及与乳酸代谢相关的分子特征。计算分析进一步表明，两种亚型的细胞状态动态和潜在信号通路存在差异，ALC-ONFH以OSM为中心的炎症信号通路为主，而GC-ONFH则以TNF/RANKL相关的骨重塑信号通路为主。通过对组织进行HIF-1α、LDHA、PKM2和MCT4的免疫染色，证实GC-ONFH病变区域富含缺氧-糖酵解-乳酸转运相关的分子特征。

结论

总体而言，本研究为ONFH提供了一个公开的人类单细胞转录组资源，并明确了与病因相关的细胞和分子特征。这些发现提示，酒精相关性和糖皮质激素相关性ONFH涉及不同的炎症和代谢重塑过程，为未来的基于病因分层的研究及功能验证提供了潜在的分子标志物。