膝盖酸痛不给力？这一切都离不开骨代谢！随着人口老龄化的加速，骨质疏松症的患病率上升，越来越多人开始着眼于骨代谢的研究。根据调研，全球骨代谢市场份额预计在2029年将达到1521百万美元，国家对骨代谢项目也纷纷提供重要的资金支持！小记者也开始摩拳擦掌，忍不住期待啦！
今天小记者为大家带来了一篇发表在《Cell Metabolism》（IF=29.0）的高分文章！！这篇文章不仅丰富了骨生物学领域的知识，还特别关注了衰老相关骨因子（AOKs）对血管平滑肌细胞衰老的影响，为理解骨质疏松症和动脉粥样硬化之间的关系提供了新的分子机制。现在就让小记者带领大家一起深入了解这篇高影响力的文章吧~
1、本研究聚焦于骨因子这一研究热点，是当前骨生物学和衰老研究的前沿领域。
2、本研究采用了多组学分析，整合了RNA测序、单细胞RNA测序和蛋白质组学数据，并利用CellChat和CellPhoneDB等生物信息学工具预测和分析骨因子的细胞来源和它们在不同器官间的交流，为研究提供更全面的视角。
3、本研究鉴定出375个在生理、衰老和机械负荷条件下发挥作用的候选骨因子，显著扩展了骨因子的知识库，同时为理解骨质疏松症和动脉粥样硬化之间的关系提供了新的分子机制。（ps：没有灵感？思路碰壁？实验设计、论文润色、生信分析，小记者都能为你提供一站式科研服务！有需要的小伙伴快来call我吧~
骨组织通过分泌骨因子（osteokines）来调节自身的代谢和全身的稳态。尽管骨因子在骨代谢中的作用日益受到重视，但关于骨因子的种类、来源细胞以及它们如何被环境因素调节等基本问题仍然不清楚。此外，骨因子与骨骼外器官如脑、肝脏和主动脉之间的细胞间交流尚未充分研究。
1、多组学分析鉴定出375个在生理、衰老和机械负荷条件下发挥作用的候选骨因子
研究者采用了多组学分析方法，结合RNA测序（RNA-seq）、单细胞RNA测序（scRNA-seq）和蛋白质组学技术，全面鉴定了在生理条件、衰老以及机械负荷/卸载条件下的骨因子（osteokines）。具体而言，他们分析了来自成年C57BL/6小鼠的21种不同组织，包括多种骨区域、骨髓和骨骼外器官/组织的RNA-seq数据集，并通过主成分分析（PCA）确认了样本间的显著差异。通过比较骨组织与骨骼外组织，研究者鉴定出252个骨特异性基因（BSGs），其中大部分在骨中的表达水平远高于骨骼外组织。通过进一步的蛋白质组学分析，包括液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）、SomaScan和细胞因子芯片分析，研究者又识别出132个潜在的骨特异性分泌蛋白。
研究团队对来自正常成年小鼠的骨细胞进行了细致的分析，成功地将375个候选骨因子的细胞来源定位到特定的骨细胞群体。他们通过比较不同骨区域的基因表达模式，识别出了骨特异性基因，再采用集成分泌预测（ISP）分析，并结合基因本体（GO）细胞组分注释、UniProt注释、SignalP、TMHMM和SecretomeP预测算法，预测这些基因编码的蛋白质是否可能通过经典或非经典途径分泌到细胞外。通过上述实验，研究者鉴定出107个潜在的骨特异性骨因子（BOKs），包括通过经典分泌途径、非经典分泌途径或两者兼有的方式分泌的蛋白质。此外，他们还发现一些BOKs可能通过巨囊泡或外泌体途径分泌。
3、与衰老相关的骨因子在衰老的成骨细胞中表达增加并可能通过影响血管平滑肌细胞促进衰老
通过微计算机断层扫描（micro-CT），研究者确认了老年小鼠骨质减少，随后利用差异表达分析识别与衰老相关的基因和蛋白质变化。在骨组织、BMS和血清中分别鉴定不同的差异表达基因（DEGs）和差异表达蛋白质（DEPs），并通过对比这些DEGs和DEPs，研究者筛选出了386个潜在的AOKs，而且这些因子在衰老过程中的表达发生变化。进一步的分析显示，这些AOKs在细胞外基质（ECM）组织中显著富集，其中一些如Alpl、Sparc和Thbs3在老年小鼠的骨组织和BMS中表达降低，可能与骨质和骨量下降有关。此外，研究还发现了与补体激活和免疫反应相关的AOKs，例如Cxcl13、Fgf1、C1qa、Ctsg、Elane和Il1r2，这些发现与老年骨组织炎症状态的研究相一致。
4、预测骨因子在全身稳态中的潜在作用，特别是如何通过细胞间交流影响脑、肝和主动脉等器官
研究者通过先进的生物信息学分析，预测了骨因子在全身稳态中的潜在作用，并且特别关注了骨因子如何通过细胞间交流影响脑、肝和主动脉等关键器官。他们利用单细胞RNA测序数据，通过细胞通讯分析工具CellChat和CellPhoneDB，探究了骨因子介导的骨与其它器官之间的相互作用。通过这种方法，研究者揭示了骨因子在调节远端器官功能中的复杂网络，包括但不限于通过影响血管平滑肌细胞（VSMCs）来参与动脉粥样硬化的发病过程。此外，研究还涉及了骨因子与神经系统的相互作用，这可能对理解骨-脑轴的功能和骨代谢与认知功能之间的联系具有重要意义。
图3 利用 scRNA-seq 数据分析骨神经介导的细胞间通信
5、性别在骨因子表达中具有差异，为理解骨代谢性别差异提供新视角
通过对成年雄性和雌性小鼠的骨组织进行批量RNA测序分析，研究者比较了两性间骨因子表达的差异。在这一过程中，他们采用了精确的基因表达分析技术，筛选出在雄性与雌性之间表达水平存在显著差异的基因。结果显示，与雄性相比，雌性小鼠的骨组织中有88个基因表达发生了显著变化，其中8个基因编码的骨因子表达水平更高。特别是，Serpina3n基因在雌性小鼠中的表达水平较高，而包括Cfd、Angptl7和Aldh1a2在内的骨因子编码基因在雄性中表达更为丰富。这些发现表明，性别可能是骨代谢差异的一个关键因素，需要在未来的研究中进一步考虑性别对骨健康和疾病的影响。
图4 在生理、衰老和机械负荷条件下发挥作用的骨因子
本研究通过多组学分析深入探讨了骨因子（osteokines）在全身调节中的作用，揭示了375个候选骨因子，并分析了它们的细胞来源和与脑、肝、主动脉等器官的交流。研究发现，衰老和机械刺激显著影响骨因子的表达，特别是衰老相关骨因子（AOKs）如FABP3在血管平滑肌细胞衰老中的作用，为理解骨质疏松症与动脉粥样硬化之间的联系提供了新视角。此外，研究还发现性别差异在骨因子表达中起重要作用，为性别特异性骨代谢研究提供了新思路。综合运用多组学技术和单细胞分析，骨代谢研究也变得如鱼得水！如果你正对实验思路、研究方法一筹莫展，如果你也想轻松收割高分学术论文，就来后台戳戳小记者吧！
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