老来骨折难愈合，关键在这里！中国学者发现骨骼干细胞衰老新机制
老来骨折难愈合，关键在这里！中国学者发现骨骼干细胞衰老新机制
随着年龄的增长，我们的骨骼似乎变得愈发脆弱，哪怕是一次小小的跌倒，都可能带来严重的骨折，以及极端漫长的愈合恢复期。科学家们已经发现，骨骼干细胞的衰老是导致老年人骨折再生能力下降的主要原因。中南大学湘雅医院罗湘杭和李长俊教授研究团队最近在Nature子刊Bone Research杂志发表的一项研究，进一步揭示了这一过程的具体机制：衰老的巨噬细胞会分泌颗粒钙蛋白，引发细胞功能异常，而注射对应的中和抗体则能够挽救这一变化。
由于衰老，我们的骨骼似乎也变得愈发脆弱，骨质疏松愈发严重，哪怕是一次小小的跌倒，都可能带来严重的骨折，以及紧随其后——极端漫长的愈合恢复期。
所幸的是，科学家们已经锁定了罪魁祸首——骨骼干细胞，它的衰老正是老人们骨折再生能力下降的主要原因 [1]。
中南大学湘雅医院罗湘杭和李长俊教授研究团队最近发表于Nature子刊Bone Research杂志的一篇论文 [2]进一步揭示导致骨骼干细胞衰老的基础机制：衰老的巨噬细胞会分泌颗粒钙蛋白，引发细胞功能异常，而注射对应的中和抗体则能够挽救这一变化。
图注：Bone Research也是由四川大学创办、中国大陆第一本被SCI收录的骨科学英文杂志，目前影响因子13.362分
相关研究表明，衰老相关的常见骨骼问题主要分为骨质疏松、骨骼退化以及骨折愈合受损三种，其中后两大问题均与骨微环境中衰老细胞的积累密切相关[3-6]。随着衰老的进行，哪怕只是一次轻微的骨折，可能都需要耗费以月甚至无限计的时间才能愈合。
图注：骨折后的愈合主要分为四个阶段，图片修改自：https://www.orthobullets.com/basic-science/9009/fracture-healing
在茫茫多的各种骨骼细胞中，骨骼干细胞（SSPCs）的角色要更加关键，它能够分化成骨痂（愈合组织）的主要组成部分——骨软骨细胞[1]，因而自然掌控了骨折愈合过程中骨痂形成期的进展。
然而，随着年龄的增长，机体内的SSPCs就像那手中握住的细沙一般不断流逝，数量持续减少[7]。而另一方面，那些留下来的SSPCs也没有老实干活，它们的增殖能力和分化活性也在偷偷降低[7-9]，二者结合，我们身体骨骼的再生能力简直就像是拆除了承重墙的大楼——大厦将倾，蝼蚁难救。
图注：与年轻小鼠相比，老年小鼠愈合组织中SSPCs与成骨相关的基因富集度降低，导致SSPCs促进骨折愈合的能力显著下降
也正是因此，如何改善甚至逆转骨骼干细胞的衰老，成为了骨科医生以及相关领域研究者们心头上的一宗“悬案”。
在骨折愈合过程中，巨噬细胞已被证实会对SSPCs的功能产生显著影响 [10-12]，例如通过异体共生实验科学家们就发现，年轻小鼠巨噬细胞分泌的因子可以促进老年小鼠的骨折修复，老年小鼠巨噬细胞分泌因子的作用则恰恰相反，会导致年轻小鼠的骨折愈合延后[11, 12]。
图注：与对照组（ISO）相比，与年幼小鼠进行异体共生的老年小鼠（HET）在骨折后20天的骨骼愈合情况明显更好
在注意到这些现象后，罗湘杭和李长俊教授的研究团队决定将注意力集中在巨噬细胞上。
而在巨噬细胞分泌的茫茫多因子中，研究团队最先想到了一位犯罪记录持有者：颗粒钙蛋白（GCA）。在2021年发表的一篇论文中，研究团队就已经报道了GCA对于骨骼衰老的影响——它会抑制骨生成以及骨髓间充质基质细胞的脂肪生成，最终导致骨骼过早衰老[13]。
事实证明，GCA这家伙也是罪有应得，活该遭科学家们“惦记”。
在接下来的实验中研究团队发现，随着机体的衰老，骨折部位骨痂（愈合组织）中衰老的巨噬细胞会分泌促炎或促衰老因子，表现为具有相关因子阳性特征的巨噬细胞比例明显升高。
在这些被分泌出来的因子中，GCA最为显眼。实验结果表明，老年小鼠中有大量巨噬细胞都表达并分泌了GCA，其数量要远远高于年轻组。
图注：可以看到在18个月大的老年小鼠的巨噬细胞分泌的因子中，GCA（红色）数量明显多于3个月大的年幼小鼠
这么一看，GCA的嫌疑是越来越大了，只需调取其他犯罪监控，就能对其正式实施抓捕。
研究团队观察到，当对年轻小鼠的骨折部位加入GCA后，它们原本风风火火愈合中的骨头就会像破了一盆冰水一样迅速停止下来，相比对照组其骨痂体积明显缩小，且骨痂中的软骨细胞也明显更少，参与骨折愈合的修复相关骨组织面积也更小。
图注：GCA处理后的年幼小鼠在股骨骨折后10天和21天时骨骼的愈合情况都要差于对照组
除此之外，年轻小鼠的骨骼干细胞在接受GCA处理之后，其与衰老和SASP因子相关的基因表达也出现了升高，这表明GCA的确就是那个协助衰老的巨噬细胞促进SSPCs衰老的罪魁祸首。
在进一步的试验中，科学家们尝试敲除了老年小鼠体内调控GCA表达的基因。奇迹发生了，这些小鼠体内的衰老SSPCs数量明显减少，且骨折愈合也明显加快，与之前的结果从正反两面两相佐证，证据确凿，GCA算是正式落实了它的罪名。
图注：敲除GCA表达基因10天后的小鼠骨折后10天生长的软骨面积要明显大于对照组
关于GCA具体是如何犯罪的，研究团队也有了新的发现。他们观察到，SSPCs中GCA的功能受体Plexin-B2（PLXNB2）恰恰是调节骨折愈合过程中成骨步骤的重要物质。
两者之间就像是小媳妇和她的罪犯情人，PLXNB2这位小媳妇倾心于GCA，只要它一出现，PLXNB2那是开心的什么也不管了，手头的活（辅助骨折愈合）往旁边一扔，就要和GCA上演一出小别胜新婚的戏码。
在更深层次上研究团队则指出，GCA可能是通过PLXNB2增加精氨酸酶-Ⅱ（Arg2，一种线粒体酶）在骨骼干细胞中的表达，导致了线粒体的电子传递、生物合成等功能障碍，最终引起了骨骼干细胞的衰老。
图注：衰老的SSPCs中，电子链传递等线粒体功能均出现了障碍
既然造成衰老机体骨折愈合能力受损的罪魁祸首已然伏法，接下来就只需要按图索骥，针对性地进行治疗了。
在最后一轮实验中，研究团队使用一种针对GCA的中和抗体（GCA-NAb） [13]对衰老小鼠的骨折部位进行了局部治疗，每周两次，一共持续了21天。
实验结果自然也是在意料之中，GCA-Nab的治疗的确能够逆转原本由于衰老导致的老年小鼠骨折愈合能力下降。接受治疗的小鼠骨折部位修复相关骨组织的大小和密度都有了明显增加。
图注：与对照组（左侧）相比，GCA-Nab治疗后的小鼠骨折愈合情况要明显更好
此外，与上一部分最后的推论保持一致，治疗后骨痂区域的Arg2阳性细胞数量也大大减少了。其实仔细想想也不难理解，GCA-NAb的作用就相当于把PXNB2的罪犯情人GCA给重新关进了监狱，没了感情滋扰，PXNB2这个恋爱脑自然也就能好好干活喽。
TIMEPIE点评
在小编看来，罗湘杭和李长俊教授团队的这篇新研究最大的意义莫过于为治疗衰老相关的骨折愈合能力下降提供了一条明确的方向，GCA-NAb作为一种常用物质，其生产路线也已经相对成熟 [14]，那么下一步等待着研究团队的就是验证其在人体中的可靠性以及有效性了。
另外值得注意的是，类似骨折愈合能力下降、骨质疏松这样的问题其实早已不是老年人的专属。伴随着现代人长期吸烟、酗酒、过度摄入咖啡和碳酸饮料、长期办公不晒太阳等不良生活习惯的流行，越来越多的年轻朋友（其中就包括小编的某几位同事们）也开始面临这一问题 [15]。
也正是因此，建议大家还是养成定期体检的好习惯，轻度的骨骼问题尚可采用运动、日光浴、补钙等方式解决，再严重些，可能就要药物常伴左右咯。
本文原文来自网易新闻