今日，来自上海大学转化医学研究院（Institution of Translational Medicine, SHU）的苏佳灿教授团队/长海医院消化内科徐灿教授团队在Cell Reports Medicine发表了题为Exosome-based bone targeting drug delivery alleviates impaired osteoblastic bone formation and bone loss in inflammatory bowel diseases的研究文章，介绍了其团队发现的IBD（UC）中骨形成变化和干预手段开发的研究成果。该研究系统证明了UC中存在显著的骨量下降、骨形成减少，靶向给药促进BMSC成骨分化、增加骨形成可有效治疗IBD骨病。
研究团队构建了两种实验性UC模型（葡聚糖硫酸钠、IL-10敲除+吡罗昔康），观察到了肠源性炎症因子通过循环系统影响骨髓中的BMSC；并且炎症状态下骨量降低、成骨分化和骨形成受抑，成脂分化增强、骨折风险升高。研究者沿用本团队前期确立的工具细胞系基因编辑策略，生成基于骨靶向外泌体载药纳米颗粒（NP），促进BMSC成骨分化治疗UC模型中的骨并发症。（图1）
在葡聚糖硫酸钠构建的UC小鼠模型中，μCT检查发现其股骨内松质骨和皮质骨骨量的显著下降。定量分析指标有：骨体积分数（BV/TV）、骨小梁厚度（Tb.Th）、骨小梁数量（Tb.N）、骨表面积骨体积比（BS/BV）、骨小梁分离度（Tb.Sp）、结构模式指数（SMI）、皮质骨厚度（Ct.Th）、皮质骨孔隙率（Porosity），差异均具有统计学意义（p<0.05）。（图2）在慢性UC模型和IL-10-/-+吡罗昔康模型中，也观察到了类似结果。在葡聚糖硫酸钠构建的UC小鼠模型中，钙黄绿素双标试验结果显示其股骨的骨外膜（Pb）、骨内膜（Eb）以及松质骨（Tb）的骨形成率（BFR）和矿物沉积率（MAR）均更低，差异具有统计学意义（p<0.05）。（图3）在慢性UC模型和IL-10-/-+吡罗昔康模型中，也观察到了类似结果。通过流式细胞分选的方式，获取葡聚糖硫酸钠构建的UC小鼠模型和对照小鼠股骨中的BMSC，进行转录组测序（RNA-seq）。经过生物信息学分析可以发现与成骨/成脂分化相关的信号通路转录水平差异，其中Wnt信号通路的主要基因显著转录下调，因此选取该通路进一步研究。（图4）目前临床上抗TNF-α药物是IBD患者的主要治疗方案之一【9】，因此团队通过对蛋白相互作用、蛋白泛素化以及蛋白降解等研究，确定了TNF-α在体外将促进BMSC内的Wnt/β-catenin降解，从而抑制下游成骨分化相关基因转录的作用机制。图4. RNA-seq 揭示的UC中BMSC内Wnt信号通路下调该团队还收集了临床初诊UC的患者血清样本、健康成年人BMSC进行体外研究。qRT-PCR结果显示，来自UC患者的血清将抑制正常BMSC的成骨分化相关基因（Ocn/Osterix/Runx2）转录而促进成脂分化相关基因（Fabp4/Pparγ）转录（p<0.05），初步在临床样本中验证了理论的正确性。（图5）图5. 人BMSC在UC患者血清处理下的基因表达变化后续，该团队沿用前期对工具细胞系（NIH/3T3）进行基因改造，以获取骨骨靶向外泌体的策略，生产搭载了Wnt通路激动剂Wnt agonist 1的GLG1+载药纳米颗粒（NP），并成功验证相关表征和骨靶向性。（图6）研究人员通过尾静脉注射的方式将NP递送至葡聚糖硫酸钠构建的UC小鼠骨内，经μCT检查发现其股骨内松质骨和皮质骨骨量的显著下降得到显著改善。定量分析指标的差异具有统计学意义（p<0.05），明确了其提高骨量的作用。（图7）同时，钙黄绿素双标试验的结果显示，NP治疗的葡聚糖硫酸钠构建的UC小鼠股骨的骨形成率（BFR）和矿物沉积率（MAR）降低显著改善。（p<0.05），明确了其促进骨形成的作用。（图8）研究团队系统验证了多种IBD模型（UC）中存在骨量下降、骨形成减少、BMSC成骨分化受抑制的现象，并生产骨靶向纳米载药颗粒干预BMSC的分化命运，成功实现IBD骨病促骨合成代谢疗法的前临床研究。未来，该团队拟深入探究多种炎症性骨病中的骨代谢变化，并致力于骨靶向纳米材料的改进和开发，从而在骨研究领域提供更多的临床转化机会，构建基础研究向临床应用的桥梁。本研究的第一作者为海军军医大学郭嘉炜博士、上海大学转化医学研究院汪拂晓博士和胡衍博士后，通讯作者为上海大学转化医学研究院苏佳灿教授、上海长海医院陈晓和徐灿教授。原文链接：https://doi.org/10.1016/j.xcrm.2022.100881
