Science Advances｜肥胖如何“隔空伤关节”？EV-Mito揭示骨关节炎新机制

研究团队首先通过孟德尔随机化分析、高脂饮食小鼠模型和脂肪组织移植实验，验证肥胖相关脂肪组织能够在机械负荷之外加重软骨退变。随后，研究者利用脂肪细胞特异性CD63-emGFP示踪模型发现，脂肪组织来源EV可进入关节软骨，而且这一转运在肥胖和软骨损伤条件下更加明显。

蛋白质组学和核酸分析进一步显示，高脂饮食来源的脂肪组织EV不仅释放数量增加，还富集线粒体代谢相关蛋白和mtDNA。作者将这类携带线粒体成分的EV称为EV-Mito，并提出其可能是肥胖状态下脂肪组织与软骨之间的重要信息载体。

为了判断EV-Mito中哪类货物主要驱动软骨损伤，研究团队分别降低了EV中的mtDNA或蛋白组分。去除mtDNA后，软骨基质相关分子Col2和ACAN的表达得到恢复，MMP13以及细胞衰老相关指标P16、P21下降；相比之下，去除蛋白组分并未产生相同程度的保护作用。

研究还发现，游离mtDNA本身难以进入软骨细胞，也不能重现明显的病理效应；当mtDNA被装载进EV后，则能够被受体细胞摄取并诱导软骨分解代谢和衰老表型。这些结果支持mtDNA是肥胖相关EV-Mito中的主要功能货物之一，同时说明EV封装对于mtDNA跨细胞递送至关重要。

进入软骨细胞的mtDNA可作为损伤相关分子模式被胞质DNA感知系统识别。研究显示，肥胖相关EV-Mito依次激活cGAS、STING及其下游TBK1、IRF3和NF-κB信号，促进炎症因子表达、软骨细胞衰老和基质降解。

无论采用siRNA降低cGAS表达、使用STING或NF-κB抑制剂，还是在动物模型中进行软骨特异性STING敲除，均可不同程度减轻相关病理变化。由此，研究构建了“EV-Mito-mtDNA-cGAS-STING”信号轴，为肥胖相关OA提供了一个可被实验干预的机制框架。

在人群层面，研究分析了23,431名NHANES参与者的数据。结果显示，在控制年龄和BMI后，较高体脂率仍与较高OA患病概率相关，提示体脂负担可能提供BMI之外的信息。

在随后开展的12周随机运动干预中，中等强度持续训练和高强度间歇训练均与体脂下降及OA相关结局改善相伴，其中HIIT组的体脂下降更明显。运动组还表现出较低的滑液脂肪相关标志物富集EV组分、较低的EV相关mtDNA丰度和较低的cGAMP水平。需要注意的是，这部分人体结果支持临床相关性，但尚不能替代人体组织来源的直接谱系示踪证据。

在临床转化部分，研究团队先通过尺寸排阻色谱分离滑液EV，再利用针对FABP4、CA3、STEAP4、GGT5和CaMKIIα的抗体组合富集带有脂肪相关标志物的EV组分。随后，研究者使用贝克曼库尔特生命科学CytoFLEX nano纳米流式分析仪，对富集样本进行单颗粒水平的标志物表征。

检测指标包括经典EV标志物CD9、CD63和TSG101，以及脂肪相关标志物FABP4和Adiponectin。

结果显示，在富集后的EV组分中，超过90%的检测事件分别对FABP4或Adiponectin呈阳性，为富集策略的有效性提供了支持。

在本研究的临床转化部分，CytoFLEX nano用于对富集脂肪相关标志物的滑液EV组分进行单颗粒表征，为EV群体特征分析提供支持。结合蛋白质组学、核酸分析、共聚焦显微镜及dSTORM超分辨成像等多种技术，研究最终构建了EV-Mito介导脂肪组织与软骨跨器官通讯的完整证据链。

随着EV研究从总量检测逐步进入来源追踪与亚群解析阶段，研究者越来越关注单颗粒水平检测、多标志物共表达分析、EV来源鉴定以及稀有亚群识别等问题。

CytoFLEX nano基于纳米流式技术，可对纳米颗粒进行单颗粒水平分析，支持EV标志物、多重表型以及复杂样本中EV亚群特征研究。

本研究中，CytoFLEX nano被用于富集脂肪相关标志物的滑液EV组分表征，通过检测CD9、CD63、TSG101、FABP4及Adiponectin等标志物，为EV群体特征分析提供支持。

参考文献：