“文献精读系列”是脊柱脊髓损伤再生修复教育部重点实验室举办的常规科研交流学习会议，旨在聚焦领域内前沿进展，探究学术尖端技术研究路线，培养锻炼青年科研人员与硕博生科研思维。
【文献精读】会议日期：2024年5月21日 审校人：林古法 报告人/撰稿人：梅光宇 编辑：宋思敏
骨组织的健康依赖于破骨细胞和成骨细胞之间的精细平衡。病理性骨丢失，如类风湿性关节炎和骨质疏松症，通常与破骨细胞的过度激活有关。这些病症的一个关键因素是氧化应激，它通过增加活性氧物质(ROS)的水平，促进破骨细胞的激活。硒蛋白，尤其是那些含有硒半胱氨酸(SeCys2)的硒蛋白，在抗氧化应激中起着至关重要的作用。
近期来自暨南大学的陈填烽团队在《Advanced Materials》发表了题为“Rapid Selenoprotein Activation by Selenium Nanoparticles to Suppress Osteoclastogenesis and Pathological Bone Loss”的研究。该研究揭示了硒纳米粒子（SeNPs）特别是香菇多糖硒（LNT-Se）如何迅速激活硒蛋白，以抑制骨吸收细胞的生成和病理性骨丢失。该发现为治疗由氧化应激水平升高引起的骨疾病提供了新的治疗策略。
硒纳米粒子减少破骨细胞生成和降低破骨活性
本研究使用不同硒纳米粒子(PEG-Se, CS-Se, LNT-Se)处理BMMs细胞，观察其对RANKL诱导的破骨细胞形成的影响。通过TRAP染色发现，LNT-Se显著抑制了破骨细胞的形成和活性。
图1 硒纳米粒子抑制破骨细胞形成和活性
LNT-Se的代谢分析以及硒半胱氨酸对活性氧（ROS）产生的影响
通过HPLC-ICP-MS系统对LNT-Se在BMMs中的代谢进行分析，发现LNT-Se能快速转化为SeCys2和Se4+。SeCys2通过增强GPx1表达，减少RANKL诱导的ROS产生，抑制破骨细胞形成。
图2 LNT-Se的代谢分析及其抗氧化功能
SeCys2抑制肌动蛋白带形成和破骨细胞相关基因表达
为了进一步阐明 SeCys 2 在破骨细胞生成过程中的机制，作者研究了SeCys2对RAW264.7细胞中NF-κB和NFATc1转录活性的影响，发现SeCys2浓度依赖性地抑制这两种转录因子的活性。并通过免疫荧光发现硒代半胱氨酸抑制了p65的核易位和F-actin环的形成，显著降低了破骨细胞特异性基因的表达，如TRAP, c-Fos, NFATc1等。
图3 SeCys2抑制破骨细胞相关基因表达
SeCys2调节巨噬细胞M1和M2极化
M1巨噬细胞由于促炎细胞因子（包括iNOS、IL-6和TNF-α）的大量分泌而引起骨侵蚀，而M2巨噬细胞主要通过抗炎细胞因子分泌（如IL-10和TGF-β）促进组织重塑和修复。SeCys2抑制促炎巨噬细胞M1极化并略微增强巨噬细胞M2极化。
图4 SeCys 2 调节巨噬细胞M1和M2极化
LNT-Se预防CIA诱导的骨溶解并改善硒缺乏
LNT-Se通过多种机制对CIA小鼠模型中的病理性骨丢失具有保护作用。首先，LNT-Se通过调节巨噬细胞的极化状态，减少了炎症性M1型巨噬细胞的数量，增加了抗炎症性M2型巨噬细胞的比例，从而降低了局部炎症反应。其次，LNT-Se通过抑制破骨细胞的活性，减少了骨吸收，保护了骨组织。CIA小鼠模型的各个器官中硒含量略有下降，而LNT-Se治疗显著恢复了这些器官中的硒水平，并且提高了抗氧化酶GPx1的表达和活性，增强了机体的抗氧化能力，从而对抗了氧化应激导致的骨损伤。
图5 LNT-Se对CIA小鼠的保护作用
LNT-Se保护OVX诱导的骨破坏
8周龄的C57BL/6雌性小鼠经过OVX手术后，每3天通过腹腔注射接受LNT-Se或生理盐水（对照组）处理，持续12周。随后，对小鼠的右胫骨进行微型计算机断层扫描（micro-CT）分析，以测量骨密度、骨体积分数（BV/TV）、骨小梁厚度（Tb.Th）、骨小梁分离度（Tb.Sp）和骨小梁数量（Tb.N）等骨微结构参数。LNT-Se处理显著提高了骨密度、骨体积分数、骨小梁厚度和数量，同时降低了骨小梁分离度，表明LNT-Se对OVX诱导的骨微结构破坏具有显著的改善作用，并通过组织切片进一步证实了LNT-Se对骨质流失的保护作用。并通过流式和WB证明，LNT-Se降低了M1/M2巨噬细胞的比例，以及提高抗氧化酶GPx1的表达和活性，有效抑制了OVX诱导的骨质流失。
图6 LNT-Se对OVX小鼠的保护作用
参考文献：
B. Zou, Z. Xiong, Y. Yu, S. Shi, X. Li, T. Chen, Rapid Selenoprotein Activation by Selenium Nanoparticles to Suppresses Osteoclastogenesis and Pathological Bone Loss. Adv. Mater. 2024, 2401620.
