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鞘磷脂代谢调控破骨细胞分化的机制研究
作者: 张晴晴
单位: 南方医科大学中医药学院

摘要

研究旨在探讨鞘磷脂(Sphingomyelin, SM)代谢通过神经酰胺(Ceramide, Cer)调控痛风性关节炎中破骨细胞分化的分子机制,重点关注 SMPD3/Cer24:1-HO-1/GPX4 轴在活性氧(ROS)介导骨侵蚀中的作用,为痛风性骨侵蚀的治疗提供新的理论依据和潜在靶点。

研究首先分离C57BL/6 小鼠骨髓源性巨噬细胞(BMDM),并采用 50 ng/mL 的 RANKL 和 30 ng/mL 的 M-CSF 在体外诱导破骨细胞分化,构建细胞模型。随后进行了一系列干预处理,包括添加 6.25–50 μM 的鞘磷脂(SM)及 5 μM 的 Cer24:1,使用 5 μM 的 SMPD3 抑制剂 GW4869 及 si-SMPD3 进行基因沉默,同时引入铁死亡抑制剂 Ferrostatin-1(Fer-1)。为深入探究相关机制,本研究通过转录组学和脂质组学联合分析,发现了小鼠骨髓单核细胞向破骨细胞(OC)分化过程中鞘磷脂代谢基因和代谢物的变化,此外,还通过多种方式进行功能验证,如 TRAP 染色鉴定成熟破骨细胞,Western Blot 检测 SMPD3、HO-1、GPX4 蛋白,qPCR 分析破骨相关基因(TRAP、CTSK、MMP9),以及免疫荧光及 ELISA 定量 ROS、MDA、GSH 水平。

在破骨细胞分化过程中存在鞘磷脂代谢重编程现象,具体表现为 SM 降低 47.2%(P<0.01),Cer24:1 升高 2.8 倍(P<0.001),且 SMPD3 基因表达随时间递增,在分化第 4 天上调 3.5 倍(P<0.001)。关于 Cer24:1 对破骨分化的作用,实验发现 Cer24:1 使 TRAP⁺多核细胞数增加 2.1 倍(P<0.01),并激活破骨基因(TRAP↑230%,CTSK↑180%),而 SMPD3 抑制(GW4869/si-SMPD3)则使成熟破骨细胞减少 68%(P<0.01)。在 ROS - 铁死亡机制方面,Cer24:1 会抑制 HO-1/GPX4 轴(蛋白表达下降 60–70%,P<0.001),导致 ROS 升高 3.2 倍(P<0.001)、MDA↑220%(P<0.001)、GSH↓45%(P<0.01),不过 Fer-1 可逆转 Cer24:1 的效应(GPX4 恢复至 85%,P<0.01),同时 SMPD3 沉默能上调 HO-1/GPX4(↑40%,P<0.05),降低 ROS 水平(↓50%,P<0.01)。组学联合分析表明,小鼠骨髓单核细胞向破骨细胞(OC)分化过程中鞘磷脂分解酶基因(如SMPD3)在破骨细胞分化过程中表达逐步上调,且细胞代谢和铁死亡通路富集。

鞘磷脂代谢酶 SMPD3 通过水解 SM 生成神经酰胺 Cer24:1,抑制 HO-1/GPX4 抗氧化轴,诱发 ROS 累积和铁死亡,进而驱动破骨细胞分化及痛风骨侵蚀。这一发现表明,靶向 SMPD3/Cer24:1-HO-1/GPX4 信号轴有望为痛风性骨侵蚀提供新型治疗策略。

关键词: 鞘磷脂代谢,破骨细胞分化,痛风性骨侵蚀,铁死亡,活性氧
来源:中华医学会第二十八次风湿病学学术会议