Nat Commun丨陈俊宇等揭示药物相关性颌骨坏死中的脉管系统紊乱机制及调控靶点

双膦酸盐相关性颌骨坏死（BRONJ）是口腔医生面临的难治性疾病之一，临床上BRONJ以难以愈合的骨暴露、骨坏死为核心表现，伴随顽固性疼痛、反复感染、软组织破溃，严重者可发生病理性骨折，造成颌骨永久性功能损害。尽管传统观点认为血管生成受损是其潜在的发病机制之一，但血管与淋巴管内皮系统在疾病演进中的具体分子基础及空间网络重塑过程仍存在认知空白。

近日，四川大学华西口腔医院陈俊宇教授团队联合南洋理工大学AnjaliKusumbe教授团队，整合硬组织透明化三维光片成像技术、多组学技术、药物干预及基因调控策略，构建了小鼠与人源BRONJ下颌骨微环境多模态图谱，揭示骨骼血管-淋巴管失调是BRONJ核心病理标志，内皮来源COL2A1‑CD44/SDC4信号轴为潜在治疗靶点。该成果以Vascular and lymphatic dysregulation via non‑EndoMTCol2a1 signaling in bisphosphonate‑related osteonecrosis of the jaw为题发表于Nature Communications，论文第一作者为华西口腔医学院石易鑫博士。

针对颌骨高矿化、牙‑骨复合结构成像难题，研究建立适配完整牙‑颌骨标本的透明化免疫成像流程：通过胶原酶消化、梯度异丙醇脱水、肉桂酸乙酯透明处理，兼顾多重免疫荧光标记兼容性，实现从单细胞分辨率到全器官水平的多尺度三维成像。团队进一步构建唑来膦酸给药联合下颌第一磨牙拔除的经典小鼠BRONJ模型。全器官三维成像结果显示BRONJ小鼠颌骨EmcnʰⁱCD31ʰⁱ H型血管、α‑SMA⁺壁细胞包裹的动脉显著耗竭，且CD31+ LYVE1⁺淋巴管衰减。时序动态分析表明，H型血管在拔牙损伤后第1天即发生急剧丢失，而组织学可见的骨坏死特征直至第14天才出现，说明微血管网络塌陷是早期始动事件，发生时间早于骨结构退变。

研究对健康对照组与BRONJ模型小鼠下颌骨开展单细胞RNA测序，构建包含成纤维细胞、内皮细胞、多类免疫细胞等细胞类型的单细胞图谱。在BRONJ微环境中，内皮细胞细胞数量显著下降、血管相关信号通路严重受损，其中E‑选择素介导的血管稳态通路几乎完全丢失。PPI蛋白互作网络与GSEA富集分析提示成骨相关通路、炎症通路强烈激活；同时，数量减少、功能受损的内皮细胞却上调成骨与炎症两套转录程序，其他细胞亚群仅偏向单一通路激活。这提示内皮细胞不只是药物损伤的被动受害者，更是BRONJ中耦合骨重塑与炎症损伤的核心信号枢纽。进一步对内皮细胞进行亚群细分，研究鉴定出4种颌骨主要内皮亚型：动脉内皮、静脉内皮、血窦内皮、淋巴管内皮细胞，并探得BRONJ状态下四类内皮亚型均发生不同程度耗竭，提示存在亚型选择性损伤。

CellChat细胞通讯分析提示，BRONJ颌骨微环境整体细胞间通讯强度上升，成纤维细胞和巨噬细胞是内皮细胞释放信号最主要的接收细胞。成纤维细胞亚群解析显示，健康颌骨以Tfap2a⁺、Dmp1⁺成纤维细胞占主导，BRONJ病灶内发生亚群转换，Lrrc15⁺、Chad⁺成纤维细胞发生选择性扩增；巨噬细胞功能状态分析显示，正常颌骨中占优势的是参与脂蛋白稳态、维持细胞膜与基质稳态的Stab1⁺巨噬细胞；BRONJ病灶中Il6⁺促炎巨噬细胞成为优势亚群。BRONJ条件下，4类内皮亚型向成纤维细胞、巨噬细胞的信号输出全面增强，胶原家族信号占据主导地位，其中COL2A1‑CD44、COL2A1‑SDC4配体‑受体轴上调最为突出。同时，Col2a1在全部4种血管和淋巴管内皮亚型中表达显著升高；BRONJ拔牙窝血管周围出现大量II型胶原沉积。

进一步地，观察到内皮基底膜成分IV型胶原下降，而I/II型胶原异常升高，研究团队首先怀疑是否由内皮‑间质转化（EndoMT）造成。但拟时序轨迹分析未见经典EndoMT标志基因Snail1/Snail2激活；且Cdh5‑2A‑CreERT2; Rosa26‑LSL‑td‑Tomato内皮谱系示踪小鼠显示BRONJ病灶中绝大多数I/II型胶原沉积并不来源于内皮谱系，排除EndoMT作为主要致病机制。至此病理机制得到关键结论：内皮细胞不通过转分化，而是以旁分泌方式分泌COL2A1，经由CD44/SDC4受体作用于成纤维细胞与巨噬细胞，驱动细胞外基质紊乱和局部炎症放大。

最后，研究开展多层次功能学验证：体内利用水凝胶局部递送Col2a1 siRNA，能够有效缓解BRONJ病理损伤，促进软组织愈合与拔牙窝成骨；构建内皮特异性Col2a1条件敲除小鼠（Col2a1iΔEC），敲除小鼠血管修复能力显著改善，充分证实内皮来源Col2a1的致病作用。

研究收集BRONJ患者下颌骨标本开展蛋白质组学、三维组织成像验证，将小鼠模型发现的内皮‑基质‑免疫紊乱病理特征在人源样本得到跨物种验证，证明该通路具备临床转化潜力。该研究整合三维全器官成像、单细胞转录组、蛋白质组，构建小鼠‑人跨物种BRONJ颌骨微环境多模态图谱，建立BRONJ病理新模式：唑来膦酸暴露造成颌骨脉管系统广泛退化，各内皮亚群上调Col2a1，并通过COL2A1‑CD44/SDC4旁分泌信号，诱导细胞外基质重塑与炎症恶性循环，最终形成难以修复的颌骨坏死微环境。

本研究将双磷酸盐相关性颌骨坏死定义为脉管系统退行、基质异常重塑、免疫失衡三者交织的多维疾病，为未来开发靶向内皮保护与血管-淋巴管系统再生的干预手段提供了坚实的理论支撑。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-77692-w

制版人：十一

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