破镜难重圆,断骨难愈合。一根骨头断了,是谁把它重新连接起来、让它恢复如初?
你可能会说:当然是造骨的细胞。但骨折能不能顺利愈合,不只取决于分工明确的骨细胞,还可能和衰老有着千丝万缕的联系。
近期,来自浙江大学团队发表于Nature子刊的研究[1]就发现:骨髓脂肪细胞的衰老,才是骨骼修复能力下降的重要推手,而无论是清除衰老细胞,还是维护内部Cbfβ蛋白都能保护骨骼再生微环境!
图注:论文题为《由Cbfβ维持的骨髓Adipoq+细胞的年轻化有利于基于干细胞的骨修复》
影响骨修复的不是骨脂肪“多不多”,而是“老没老”
要理解骨衰老,我们先深入到负责造血和骨再生的骨髓瞅瞅?这里生活着一群重要的成员:骨骼干/祖细胞(SSPCs),当骨骼受到损伤(如骨折)时,SSPCs就会被迅速动员,分化成软骨细胞与成骨细胞,参与骨折修复。
图注:SSPC与骨修复机制图
随着年龄增长,SSPCs的数量和增殖能力也会逐渐下降,骨头就长不好。
但这并不是说问题只出在干细胞自身。毕竟干细胞不是骨髓里的“孤家寡人”,它们生存在骨髓微环境中,其维持和再生能力受到周围环境中多种细胞及信号的调控——好比生长的土壤,若是土壤不肥沃,再好的种子也长不成参天大树。
在所有微环境组分中,有一类细胞具有衰老相关性且始终争议不断:骨髓脂肪细胞(BMACs)。不过大多数人对它的印象偏负面,好像脂肪多了就会影响健康。
其实不然,它是“土壤”的重要组分:在健康状态下能分泌调控因子,维持造血干细胞与骨骼干细胞的生存环境。为了验证这类细胞的状态是否会影响骨骼再生,研究者敲除了小鼠骨髓脂肪细胞中的Cbfβ(一种参与骨骼发育的因子)。
结果显而易见,年轻小鼠出现了一系列类似年龄相关骨修复障碍的变化:骨髓中多种干细胞数量下降超50%;骨折愈合也全程受损,到35天,对照组小鼠骨折已完全桥接愈合,而实验组仍存在明显骨不连。甚至骨头最外层的骨膜干细胞也同步大幅减少,总骨干细胞数量下降超6成,成骨分化能力暴跌81.7%。
图注:CKO小鼠在第12天出现软骨骨痂减少(-51.7%),在第21天出现矿化延迟(-40.3%),在第35天出现持续性骨不连
真正破坏骨骼再生能力的,不是骨髓脂肪的数量“多少”,而是它的状态本身,就足以影响SSPC和骨折修复,这一系列变化的起点,正是实验中被敲除的Cbfβ。
Cbfβ:骨髓脂肪的守护者
Cbfβ是一种转录辅助因子,是控制骨骼发育和稳态的必需成分。过去研究已确定它参与骨骼发育和细胞的成骨/成脂决定[2,3],但在骨脂肪细胞中的具体功能从未被探究过,身份十分神秘, 研究者们采取多组学联用等手段,揭示了Cbfβ在骨脂肪细胞中的重要机制:
图注:Cbfβ作用示意图
No.1
保障DNA修复
Cbfβ的核心作用之一,就是保障DNA修补程序的稳定。研究发现,Cbfβ缺失后骨髓脂肪细胞的染色质开放程度整体下降约70%,72.9%的开放位点出现闭合,其中大部分为DNA损伤修复、细胞周期调控相关的基因位点。
图注:CKO组基因组染色质开放度整体下降;对照组中72.9%的开放位点在CKO组中变为闭合
No.2
DNA损伤累积,细胞被迫退休
修复基因无法正常读取,细胞内DNA损伤得不到及时清除,损伤位点数量直达正常细胞的3.1倍。损伤持续堆积到临界水平后,细胞将彻底丧失分裂更新能力,不可逆地进入衰老;体内检测也证实,Cbfβ敲除小鼠骨髓中衰老脂肪细胞显著增多,衰老比例足足升高8.1倍。
图注:脂肪前体细胞、成熟脂肪细胞的β-Gal阳性率成倍提升
No.3
SASP的分泌,毒害周围干细胞
年轻健康的骨脂肪细胞,在Cbfβ的保护下分泌有益脂因子,维持干细胞的生存。而衰老的脂肪细胞可不会老老实实地待机,而是持续产生衰老相关分泌表型(SASP)。
在这些分泌因子中,研究团队锁定了IGFBP7,它专门负责阻断干细胞增殖依赖的IGF-AKT通路。用衰老脂肪细胞的培养液来培养正常干细胞,干细胞的增殖能力、克隆形成能力都大幅下降;相反,敲低IGFBP7这种抑制作用基本消失。
图注:条件培养基(CM)实验
至此,Cbfβ的机制逻辑链就打通了:由Cbfβ缺失后,骨髓脂肪细胞的DNA损伤持续累积并走向衰老,随后释放大量IGFBP7等SASP因子,使得骨骼干细胞增殖受抑制,最终骨修复能力下降。
但如此重要的调控因子,偏偏会随年龄下降,那要不试试补点?通过骨髓腔注射Cbfβ,结果发现,骨髓脂肪细胞的衰老标志物显著下降;骨折部位的干细胞数量回升;中老年小鼠的骨折愈合能力得到明显恢复。可行!
图注:AAV-Cbfβ修复中老年小鼠的骨折
清除衰老细胞疗法,抗骨衰的另一条“取经之路”
不过,恢复Cbfβ并不是唯一的办法,本研究还贴心的附上了Plan B:清除衰老细胞疗法(Senolytics)。实验结果相当漂亮,清除衰老的骨髓脂肪细胞后,骨骼干/祖细胞数量和功能恢复,骨折修复缺陷也得到改善。
图注:CKO来源的CM抑制增殖,加入达沙替尼与槲皮素(D+Q)清除衰老细胞后效应逆转
从小鼠实验来看,直接清除衰老细胞确实能够改善受损的骨修复。但真正走到人体临床试验这一步,结果就没这么漂亮了。
No.1
为什么没成为“神药”?
来自2024年的一项Ⅱ期随机对照试验[4],就泼了盆冷水。
该试验纳入60名60至90岁的绝经后女性,对其间歇使用D+Q策略,观察骨吸收指标的变化,但D+Q组没有出现显著效果。深入分析发现体内衰老细胞负担较高的女性,反而表现出了更明显的骨代谢改善。
图注:骨吸收指标CTx的D+Q组没有出现显著效果(P值大于0.5)
结果也暴露出Senolytics临床转化的现实问题:并非所有人都能从中得到同等收益,哪些患者真正存在较高的衰老细胞负担、哪些组织中的衰老细胞正在推动疾病进展,都需在治疗前进一步明确。
产业界也在尝试把Senolytics落到更具体的疾病和组织中。Unity就是较早的一批探索者,其膝骨关节炎候选药UBX0101曾推进至Ⅱ期(NCT04129944),但未达到12周疼痛改善主要终点,公司随即叫停了项目,并将研发重点转向眼科领域。
UBX1325针对视网膜中的衰老细胞,在糖尿病黄斑水肿的Ⅱb期研究中(NCT06011798),结果虽然不像上次那样彻底无效,但公司已耗尽市场信誉和资金,决定停止临床开发,最终在一年前宣布退市。
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No.2
未来的Senolytics何去何从?
方向一:走精准路线
更直接的办法是让Senolytics只在需要的地方发挥作用:比如将药物直接注射到患处[5],减少全身暴露;或者借助纳米载体等递送工具[6],把药物更集中地送到衰老细胞附近。
图注:衰老细胞靶向纳米递送机制图(改编自[5])
方向二:与再生医学合作
衰老细胞分泌的SASP会破坏组织微环境、抑制干细胞的再生,把“清除衰老细胞”和“促进组织再生”放一起也成了一种值得探索的思路。目前已有前临床研究尝试利用水凝胶等材料,在局部释放Senolytic药物,先改善衰老微环境,再为骨、软骨等组织修复创造条件。[5]
图注:可注射水凝胶组织再生体系示意图(改编自[6])
结语
骨头能不能顺利修好,看样子并不只取决于“造骨”的细胞本身。骨髓脂肪细胞一旦衰老,也会通过改变周围微环境,拖累干细胞的修复能力。
好在,我们也已经找到了两个解决的方法:在小鼠中,无论恢复Cbfβ表达,还是直接清除衰老细胞,都能在一定程度上改善骨折修复。
虽然距离真正用于人类还有很长距离,但这项研究已经把一个容易被忽视的问题摆到了台前:骨骼老化,可能不只是骨头自己的事,骨髓里的脂肪细胞也在参与其中。
[本文名为《Youthfulness of marrow Adipoq+ cells maintained by Cbfβ facilitates stem cell-based bone repair》,发表于《Bone Research》期刊,通讯作者为美国杜兰大学教授&浙江大学兼任教授李亦平,浙江大学吴梦瑞,第一作者为Tiannan Huang,Shali Wu,Wei Qian。本研究资助来源:国家自然科学基金项目81900806、32070814;;82470998、82270995。浙江省“万人计划”优秀青年科学基金项目。浙江省自然科学基金华东医药联合基金重点项目LHDM25H280002。浙江省医药卫生科技计划重点项目WKJ-ZJ-2443。中国载人空间站申请项目YYWT-0901-EXP-06;KJZ-YY-NSM0617;CMSS2024-1-A-019。国家重点研发计划2023YFA1800602;2023YFC2509200。浙江省杰出青年科学基金(LR24H140001)。]
参考文献
[1]Huang, T., Wu, S., Qian, W., Chen, R., Chen, E., Wang, M., Zhang, C., Zhou, C., Yu, L., Wu, M., Li, Y.-P., & Wu, M. (2026). Youthfulness of marrow Adipoq+ cells maintained by Cbfβ facilitates stem cell-based bone repair. Bone Research, 14(1), 82. https://doi.org/10.1038/s41413-026-00568-8
[2]Wu, M., Wang, Y., Shao, J. Z., Wang, J., Chen, W., & Li, Y. P. (2017). Cbfβ governs osteoblast-adipocyte lineage commitment through enhancing β-catenin signaling and suppressing adipogenesis gene expression. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 114(38), 10119–10124. https://doi.org/10.1073/pnas.1619294114
[3]Zheng, C., Zhang, C., He, Y., Lin, S., Zhu, Z., Wang, H., & Chen, G. (2025). Cbfβ: A key regulator in skeletal stem cell differentiation, bone development, and disease. FASEB journal : official publication of the Federation of American Societies for Experimental Biology, 39(4), e70399. https://doi.org/10.1096/fj.202500030R
[4]Farr, J. N., Atkinson, E. J., Achenbach, S. J., Volkman, T. L., Tweed, A. J., Vos, S. J., Ruan, M., Sfeir, J., Drake, M. T., Saul, D., et al. (2024). Effects of intermittent senolytic therapy on bone metabolism in postmenopausal women: a phase 2 randomized controlled trial. Nature Medicine, 30(9), 2605–2612. https://doi.org/10.1038/s41591-024-03096-2
[5]Garau Paganella, L., Bovone, G., Cuni, F., Labouesse, C., Cui, Y., Giampietro, C., & Tibbitt, M. W. (2025). Injectable Senolytic Hydrogel Depot for the Clearance of Senescent Cells. Biomacromolecules, 26(2), 814–824. https://doi.org/10.1021/acs.biomac.4c00851
[6]Wu, H., Zhang, Q., Zhu, J., Wu, L., Xiao, Y., & Yang, X. (2025). Biomaterials targeting senescent cells for bone regeneration: State-of-the-art and future perspectives. Bioactive materials, 54, 686–714. https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2025.09.002