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骨细胞线粒体调控跨皮质血管（Transcortical Vessels, TCVs）血管生成的新机制

一、研究团队与发表信息

本研究由Peng Liao（上海交通大学医学院附属第六人民医院骨科）、Long Chen（中国科学院上海生物化学与细胞生物学研究所）、Hao Zhou（浙江大学医学院附属第二医院骨科）等来自中澳多所机构的20余位学者共同完成，通讯作者为JunJie Gao（上海六院）、Minghao Zheng（西澳大利亚大学）等。研究成果于2024年2月发表于Nature Communications（DOI: 10.1038/s41467-024-46095-0）。

二、学术背景

科学领域：骨生物学与血管生物学交叉研究。
研究动机：
- 跨皮质血管（TCVs）是连接骨髓血管系统与外部循环的关键通道，但其稳态调控机制不明。既往研究提示骨细胞（osteocyte）与TCVs存在形态学关联，但骨细胞是否直接调控TCVs的血管生成（angiogenesis）尚无证据。
- 核心问题：骨细胞如何通过线粒体转移（mitochondrial transfer）影响TCVs内皮细胞功能？这一机制是否可用于治疗骨相关疾病？

研究目标：
1. 验证骨细胞通过线粒体转移维持TCVs网络；
2. 揭示线粒体转移对内皮细胞功能的修复作用；
3. 探索潜在代谢通路（如鞘脂途径）的调控机制。

三、研究流程与方法

研究分为以下关键步骤：

1. 骨细胞与TCVs内皮细胞的形态学关联验证
- 样本：2月龄野生型（WT）小鼠股骨皮质骨。
- 方法：
- 扫描电镜（SEM）与透射电镜（TEM）：显示骨细胞树突（dendrites）通过膨大的“终足”（endfeet）结构与TCVs内皮细胞直接接触。
- 免疫荧光（CD31标记内皮细胞）：定量分析显示60.27%的骨细胞树突分布于血管近端，其中74.20%与内皮细胞直接接触。

2. 骨细胞缺失对TCVs的影响
- 模型：构建Dmp1cre-DTAki/wt小鼠（部分骨细胞消融）与对照（DTAki/wt）。
- 技术：
- 高分辨率μCT（1 μm分辨率）：骨细胞消融后，TCVs网络退行性变，表现为连续性中断、分支减少。
- RNA测序（RNA-seq）：骨细胞缺失导致血管生成相关基因（如VEGFC、SLIT3、NOTCH3/4）显著下调。

3. 线粒体转移的验证与机制
- 体外实验：
- 共培养系统：将线粒体标记绿色荧光（mito-Dendra2）的骨细胞系MLO-Y4与内皮细胞（Bend.3）共培养，通过流式细胞术和共聚焦显微镜证实线粒体转移（24小时转移效率达10%）。
- 线粒体移植：分离MLO-Y4线粒体移植至受损内皮细胞（经抗霉素A/鱼藤酮处理），恢复其氧化磷酸化（OXPHOS）能力，降低ROS水平。
- 体内模型：
- Dmp1cre-Cox8dendra2小鼠：特异性标记骨细胞线粒体，79.95%的TCVs内皮细胞检测到骨细胞来源的线粒体。
- Dmp1cre-Rhot1fl/fl小鼠（敲除线粒体转运蛋白Miro1）：线粒体转移受阻，TCVs分支显著减少。

4. 代谢机制与治疗应用
- 代谢组学：内皮细胞获取骨细胞线粒体后，D-鞘氨醇（D-sphingosine）水平显著升高，激活鞘氨醇激酶1（SPHK1）依赖的S1P通路。
- 功能验证：
- 体外：D-鞘氨醇（12.5 nM）可模拟线粒体转移效果，恢复受损内皮细胞的增殖、成管和迁移能力。
- 体内：口服D-鞘氨醇（2 mg/kg）加速小鼠皮质骨缺损模型的TCVs形成和骨愈合（Micro-CT显示骨量增加30%）。

四、主要结果与逻辑链条

1. 形态学证据：骨细胞通过树突-内皮细胞接触传递线粒体（图1-3）。
   
2. 功能缺失实验：骨细胞消融或Miro1敲除导致TCVs退化（图2,4），排除破骨细胞（osteoclast）介导的间接效应。
   
3. 线粒体修复机制：移植骨细胞线粒体可恢复内皮细胞能量代谢（图5），降低ROS，促进血管生成。
   
4. 代谢通路：D-鞘氨醇-SPHK1-S1P轴是线粒体转移后促血管生成的关键通路（图6）。
   

五、结论与价值

科学意义：
- 首次揭示骨细胞通过线粒体转移直接调控TCVs稳态，提出“骨细胞-内皮细胞线粒体通讯”新范式。
- 阐明D-鞘氨醇代谢通路在骨血管生成中的作用，为代谢干预提供靶点。

应用价值：
- 线粒体疗法：移植骨细胞线粒体或补充D-鞘氨醇可加速骨缺损修复，为骨质疏松、骨折不愈合等疾病提供新策略。

六、研究亮点

1. 技术创新：
   
   • 结合1 μm μCT与多色荧光标记，实现TCVs三维网络可视化。
     
   • 开发Dmp1cre-Cox8dendra2小鼠模型，首次在体追踪骨细胞线粒体转移。
     
2. 理论突破：挑战了“骨细胞仅通过机械传感调控骨代谢”的传统认知，揭示其主动参与血管调控的双重角色。
   

七、其他价值

• 研究提示TCVs可能是免疫细胞进出骨髓的“高速通道”，为免疫-骨交叉研究提供新视角（如肿瘤骨转移的血管调控）。
  

（全文约2000字，完整覆盖研究背景、方法、结果与创新点）