骨重塑是一个动态过程，依赖于成骨细胞和源自造血细胞的破骨细胞的精细调控。破骨细胞生成过程中，细胞代谢路径的变化在骨稳态中可能扮演重要角色，但相关机制尚未完全揭示。Itaconate是由免疫反应基因1（Irg1）产生的代谢产物，具有显著的免疫调节作用。本研究的目的是探索Itaconate在破骨细胞分化中的代谢变化及其对成骨细胞功能的调控作用，以期为骨相关疾病的治疗提供新的见解和潜在靶点。

本研究首先对破骨细胞和成骨细胞的生成过程进行了代谢和转录组学分析。通过定量PCR和蛋白质印迹法（Western blot）分析了关键基因表达，并采用茜素红染色评估成骨细胞的矿化功能。此外，Irg1基因敲除小鼠用于分析Itaconate在不同炎症或非炎症性骨质流失模型中的作用。为了验证代谢重编程在破骨细胞生成中的角色，我们将骨髓来源细胞（BMCs）置于无葡萄糖或无谷氨酰胺培养基中，并用RANKL刺激其分化，通过RNA测序分析缺乏不同营养物质对基因表达的影响。进一步的实验则通过Isotope Tracing方法追踪Itaconate在细胞代谢途径中的具体作用。

研究发现，破骨细胞生成过程中，前体细胞的三羧酸（TCA）循环发生重组，表现为琥珀酸、延胡索酸和苹果酸水平在刺激后3至9小时显著上升，而柠檬酸浓度则在24小时后下降。利用同位素标记示踪，发现谷氨酰胺碳原子进入TCA循环以补充代谢中间体，且这种碳流向在刺激后的24小时内最为显著。Irg1基因在破骨细胞生成的早期阶段被激活，且其表达水平在刺激后3小时达到高峰，并随着Itaconate的积累逐渐下降。体内实验显示，通过静脉注射RANKL能显著提高小鼠骨组织中的Irg1表达及Itaconate水平。与Irg1敲除小鼠相比，野生型小鼠在骨质流失模型中表现出更强的成骨细胞增殖活性，进一步证实Itaconate通过促进成骨细胞分化提升了成骨功能。此外，Itaconate的补充显著增加了成骨细胞标志基因的表达，并通过刺激成骨细胞的糖酵解活性进一步支持其促成骨分化的作用。

RANKL 在分化的破骨细胞中诱导 Irg1 表达和Itaconate产生

本研究揭示了破骨细胞生成过程中Itaconate的积累对骨代谢的调控作用，Itaconate作为一种新型成骨分化的调控因子，可能在骨和关节疾病治疗中具有重要应用价值。特别是在破骨细胞和成骨细胞间的代谢通信中，Irg1和Itaconate通路可能为改善骨稳态及治疗骨质流失性疾病提供新靶点。未来进一步研究该通路在不同骨病和关节疾病模型中的应用潜力，将有助于拓宽骨和关节病的治疗手段。

原始出处：

Itaconate is a metabolic regulator of bone formation in homeostasis and arthritis，Annals of the Rheumatic Diseases 2024;83:1465-1479.

Tags： Ann Rheum Dis：Itaconate在破骨细胞分化中的代谢变化及其对成骨细胞功能的调控作用