芯空一号快讯｜空间转录组揭示颌骨骨膜新亚群：巨噬细胞SPP1如何抑制骨再生？
题目：Multi-omic analysis of jaw-bone periosteum identifies the role of macrophage-derived SPP1 in Ctsk+Fmod+ periosteal cells
期刊：Bone Research
影响因子：20.1
DOI：10.1038/s41413-026-00585-7
01 研究背景
骨膜是覆盖于骨表面的结缔组织，其中包含多种具有不同功能的细胞群，在骨损伤修复和新骨形成过程中发挥重要作用。然而，骨膜细胞具有明显的异质性，不同亚群的分化潜能及其对局部微环境的响应并不相同。对于下颌骨而言，哪些骨膜细胞参与骨再生，以及它们如何受到周围免疫细胞的调控，仍有待进一步研究。
引导骨再生（guided bone regeneration，GBR）是骨缺损修复相关研究中的重要方向。骨替代材料植入后，不仅会影响局部组织结构，也会引起免疫细胞募集和微环境变化。骨膜细胞与免疫细胞之间的相互作用，可能进一步影响新骨形成。
本研究结合单细胞RNA测序、空间转录组及功能实验，鉴定了具有成骨潜能的Ctsk⁺Fmod⁺骨膜细胞，并进一步发现，骨替代材料周围聚集的巨噬细胞可通过分泌SPP1（又称骨桥蛋白），抑制这类细胞的成骨能力。该研究从细胞亚群、空间微环境和细胞间信号调控三个层面，探讨了下颌骨骨膜参与骨再生的潜在机制。
02 实验设计与技术手段
研究建立了改良的GBR动物模型，将骨替代材料植入完整骨膜下方，并在术后不同时间点采集组织。作者首先通过单细胞RNA测序构建骨膜细胞图谱，结合差异表达与功能富集分析筛选候选细胞亚群。
随后，研究采用10x Genomics Visium空间转录组技术分析术后第3天和第7天的组织切片，并将单细胞数据中的细胞类型信息映射至组织空间，以研究组织周围的细胞邻域及潜在细胞通讯关系。
在功能验证方面，作者通过细胞分选、克隆形成、成骨与成脂诱导、谱系追踪等实验评估Ctsk⁺Fmod⁺细胞的分化潜能，验证候选调控关系，并结合Micro-CT和组织学分析评价体内新骨形成。
03 主要发现
1、鉴定出具有成骨潜能的Ctsk⁺Fmod⁺骨膜细胞
单细胞RNA测序共获得19,377个细胞，研究进一步对骨膜细胞进行亚群划分，发现Ctsk⁺Fmod⁺细胞具有明显的成骨相关转录特征。体外实验显示，该细胞群在克隆形成、成骨及成脂分化方面表现出较强潜能；人源骨膜细胞实验也观察到相似趋势。结合谱系追踪与拟时序分析，作者提出这类细胞可能参与骨膜细胞向成骨细胞的分化过程。
Ctsk⁺Fmod⁺骨膜细胞鉴定与成骨潜能
2、空间转录组揭示骨替代材料周围的局部细胞生态位
Visium空间转录组结合单细胞参考数据分析发现，骨替代材料植入后，Ctsk⁺Fmod⁺骨膜细胞逐渐出现在材料周围，同时伴随巨噬细胞聚集。通过细胞组成映射、空间邻域分析及组织学验证，作者发现材料周围形成了骨膜细胞与免疫细胞共同参与的局部微环境。这一结果提示，骨再生不仅与成骨相关细胞本身有关，也可能受到其周围免疫细胞及细胞间信号的影响。
材料周围骨膜细胞与巨噬细胞空间生态位
3、巨噬细胞来源的SPP1与骨膜细胞成骨能力下降有关
细胞通讯分析提示，巨噬细胞与骨膜细胞之间存在增强的SPP1相关信号。进一步实验显示，巨噬细胞可分泌SPP1；向Ctsk⁺Fmod⁺细胞添加重组SPP1后，细胞的成骨相关表现受到抑制。与野生型巨噬细胞相比，使用Spp1缺失的巨噬细胞进行共培养时，骨膜细胞的成骨能力有所改善。上述结果从表达、外源添加及基因干预等角度支持了巨噬细胞来源SPP1的抑制作用。
巨噬细胞SPP1抑制Ctsk⁺Fmod⁺细胞成骨
4、阻断SPP1相关信号可改善实验模型中的骨形成
研究进一步关注SPP1与整合素相关受体的相互作用，并使用整合素拮抗剂GLPG-0187进行干预。体外实验中，阻断相关信号后，SPP1造成的成骨抑制得到部分缓解；在动物实验中，相关干预也与新骨形成改善有关。此外，局部减少巨噬细胞后，研究观察到SPP1相关表达下降，成骨指标及新骨形成出现改善。这些结果支持巨噬细胞及其来源的SPP1参与调控材料周围的骨再生过程，但具体受体组合及下游通路仍需进一步验证。
巨噬细胞Spp1缺失促进新骨形成
总结
本研究通过单细胞RNA测序与Visium空间转录组相结合，鉴定了具有成骨潜能的Ctsk⁺Fmod⁺骨膜细胞，并揭示骨替代材料周围巨噬细胞与骨膜细胞共同构成的局部微环境。研究进一步通过共培养、SPP1干预及动物实验，支持巨噬细胞来源的SPP1会削弱目标骨膜细胞的成骨能力，而阻断相关信号可在实验模型中部分改善这一效应。
该研究的价值在于将细胞亚群鉴定、空间定位与功能机制验证相结合，提示骨再生不仅取决于成骨潜能细胞的存在，也受到局部免疫微环境的调控。需要注意的是，SPP1相关受体及下游信号的具体作用仍有待深入验证，相关发现能否应用于临床骨缺损修复，也需要进一步研究。
