阻断凋亡囊泡形成 靶向干预异位骨化

本文转自：科技日报

空军军医大学团队发现避免韧带“伤上加伤”新法

阻断凋亡囊泡形成 靶向干预异位骨化

异位骨化常发生在关节周围，可导致患者关节肿痛，活动受限，生活质量降低。视觉中国供图

◎本报记者 张 强 通讯员 刘婷婷 闫舰飞

异位骨化是指在受到创伤、烧伤等各种刺激后，韧带、肌肉等软组织中形成异常骨组织的病理现象。通俗地说，就是在不该长骨头的地方长出了骨头。异位骨化常发生在关节周围，可导致患者关节肿痛，活动受限，生活质量降低。然而，目前除了对症治疗以及手术切除外，并没有更为有效的治疗手段，究其原因在于医学界对异位骨化的发生机制认识不足。

日前，空军军医大学唐都医院研究员焦凯团队揭示了韧带损伤后异位骨化发生发展的核心机制和靶向干预策略。他们的一系列发现开辟了异位骨化病理机制研究的新领域，为临床预防和缓解韧带损伤后异位骨化提供了理论支持，也为动脉粥样硬化、软骨钙化等其他病理性钙化相关疾病研究提供了新视角和潜在治疗靶点。相关论文先后发表在《细胞外囊泡杂志》《骨研究》及《先进科学》等国际学术期刊上。

发现诱发创伤性异位骨化的可能潜在机制

“韧带受伤后，异位骨化是如何出现的？又是在受伤后多长时间出现的？如果能发现其形成过程和潜在机制，我们就可以在早期进行干预，从而确保患者的正常活动。”焦凯介绍。

团队研究发现，韧带损伤早期会出现局部成纤维细胞亚群显著凋亡。微观表征结果显示，韧带损伤后一周即可出现点灶状钙盐沉积，三周时钙化沉积明显增加，并呈现弥散状分布。新近研究显示，细胞在凋亡过程中会分泌直径相对较小的凋亡囊泡，其在诱导纤维化、炎症和免疫排斥反应等病理过程中均发挥关键作用。然而，凋亡囊泡在病理性钙化疾病发生发展中究竟扮演了怎样的角色，目前还未见文献报道。

“基于前期的发现及最新理论，我们将研究重点聚焦到钙化型凋亡囊泡促进韧带异位骨化的作用机制上。”焦凯说。

通过深入实验研究，团队发现，在关节韧带损伤早期，由成纤维细胞释放的钙化型凋亡囊泡，可导致韧带钙化和硬度增加，进一步诱导凋亡囊泡周边巨噬细胞发生极化，并通过免疫—成骨级联反应导致关节韧带异位骨化。抑制凋亡囊泡释放或清除巨噬细胞，则可显著抑制韧带异位骨化形成。因此，钙化型凋亡囊泡介导的韧带病理性钙化，是导致异位骨化形成的重要因素。

然而，钙化型凋亡囊泡在成纤维细胞受到损伤之后，又是如何形成和释放的？焦凯观察到，在韧带损伤早期，成纤维细胞中的溶酶体受损严重，且成纤维细胞中溶酶体功能异常与韧带钙化的发生密切相关。

溶酶体在营养传感、细胞代谢调控和细胞稳态维持等方面发挥作用，其对细胞生存及功能稳定至关重要。损伤后的溶酶体会导致细胞清除能力下降，并引起溶酶体内酶释放，进而触发一系列细胞死亡通路，严重威胁细胞生存。

为了探究溶酶体损伤是否导致了钙化型凋亡囊泡的形成和释放，团队对韧带异位骨化动物模型进行了进一步研究，证实了溶酶体损伤可通过线粒体途径触发细胞凋亡。体内实验进一步证实，靶向恢复溶酶体的酸性功能或抑制细胞凋亡，均能够明显阻断钙化型凋亡囊泡的形成和释放，并显著抑制异位骨化发生。研究首次发现，在韧带创伤早期阶段，成纤维细胞溶酶体功能障碍导致了钙化型凋亡囊泡介导的异位骨化发生。“这可能是诱发创伤性异位骨化的潜在机制。”焦凯说。

有助减轻颅脑损伤后的相关并发症

大量流行病学及临床研究显示，由交通伤等原因导致的颅脑创伤患者，发生异位骨化的比例更高、时间更早、范围更大、病变更重。这提示中枢神经系统在异位骨化发生发展过程中可能发挥重要促进作用。

“研究发现，颅脑损伤后，外周血液中会出现脑组织来源的细胞外囊泡（BEV），该类型的囊泡可导致外周出现炎症水平上升、凝血功能障碍等异常情况。因此，我们决定继续探究颅脑损伤后的韧带钙化是否源于BEV介导的器官间交流。”焦凯说。

团队通过构建颅脑损伤合并外周损伤的大鼠模型和单纯外周创伤的大鼠模型，首次发现颅脑损伤后BEV可以透过血脑屏障进入外周血液循环，然后被韧带创伤局部区域的成纤维细胞摄取，引发局部成纤维细胞大量凋亡，并导致局部钙磷浓度升高，进而促进韧带钙化发生，加速异位骨化疾病进程。随后的体外实验通过将颅脑损伤大鼠血浆中的BEV与成纤维细胞共培养，证实了BEV的促凋亡作用及相关机制。研究发现，细胞凋亡后会释放钙磷元素，在局部形成促进钙化的微环境。这一结果也在大鼠体内得到验证。

“同时，我们也证实了阻断颅脑损伤后BEV的释放或细胞凋亡，可有效缓解创伤局部韧带异位骨化的发生发展。因此，BEV在颅脑损伤导致的韧带局部病理性异位骨化中起到了核心关键作用。基于上述研究，我们团队进一步厘清了中枢神经系统促进异位骨化发生机制。”焦凯说。

团队在国际上率先提出钙化型凋亡囊泡这一新概念，并从多角度证实了阻断细胞凋亡、恢复溶酶体酸度以及抑制巨噬细胞极化等钙化型凋亡囊泡形成及作用环节，均能够显著抑制异位骨化发生，开辟了靶向钙化囊泡防治多种病理性钙化疾病的全新研究领域。同时，研究证实了中枢神经系统在异位骨化调控中的重要作用，对减轻颅脑损伤后的异位骨化并发症具有重要意义。