幽门螺杆菌分泌的外膜囊泡通过调节肠道微生物群和自噬作用，导致小鼠骨量流失并加速骨质疏松症的发病机制

《Microbiological Research》：Helicobacter pylori-secreted outer membrane vesicles induce bone loss and accelerate osteoporosis pathogenesis in mice by regulating gut microbiota and autophagy

幽门螺杆菌外膜小囊泡（OMVs）通过抑制成骨细胞分化、促进破骨细胞分化及引发氧化应激和自噬异常，导致小鼠骨丢失并加重骨质疏松，同时通过改变肠道菌群结构加剧炎症反应。

　　

赵静静|刘金|黄世元|叶松凌|赵素青

生物医学与药学科学学院药学工程系，中国广州510006

摘要

肠道微生物群对全身健康有着深远的影响，越来越多的证据表明细菌病原体与骨骼代谢紊乱有关。幽门螺杆菌（H. pylori）是一种常见的胃部病原体，流行病学研究表明它与骨质疏松症有关，但其具体机制尚不清楚。细菌外膜囊泡（OMVs）是病原体与宿主相互作用的关键媒介，它们将毒性因子传递给目标细胞。本研究旨在探讨H. pylori OMVs在骨骼代谢紊乱和骨质疏松病理学中的作用。结果表明，H. pylori OMVs能够被成骨细胞、间充质干细胞（MSCs）和破骨细胞内化，同时抑制成骨细胞的分化并促进破骨细胞的分化。在小鼠体内静脉注射后，OMVs能够到达骨骼组织，进一步导致小鼠出现显著的骨丢失，并加重卵巢切除（OVX）小鼠的骨质疏松症状。16S rRNA基因测序显示，H. pylori OMVs增加了OVX模型中Bacillota和Campylobacterota的数量，从而促进了炎症反应。同时，Lactobacillaceae的减少削弱了肠道屏障，这两个因素都可能加重骨质疏松症。此外，H. pylori OMVs显著增加了活性氧的生成和自噬蛋白的表达，并在体外降低了I型胶原蛋白的表达。这些发现揭示了一种新的途径，通过这种途径，肠道来源的OMVs破坏了骨骼稳态，表明H. pylori OMVs通过调节氧化应激、自噬和肠道微生物群结构，成为骨质疏松发病机制的重要因素。我们的研究为微生物群相关的骨骼疾病提供了重要的见解，并指出了潜在的治疗靶点，以缓解由OMVs驱动的骨质疏松进展。

引言

骨质疏松症是一种全身性的代谢性骨骼疾病，其特征是骨量减少、微观结构完整性下降以及机械强度减弱，从而导致骨折风险显著增加（Ayers等人，2023年）。与年龄相关的骨密度下降使个体更容易患骨质疏松症，绝经后妇女由于雌激素缺乏加速了骨丢失，因此患病风险更高（Alswat，2017年）。新的证据表明细菌感染是骨质疏松发病机制的促成因素，其中慢性感染（例如牙周病中的牙龈卟啉单胞菌、骨髓炎中的金黄色葡萄球菌）（Walker和Shane，2023年）会引发全身性炎症，破坏骨骼重塑的平衡（Deng等人，2023年；Dong等人，2024年）。促炎细胞因子（IL-1β、IL-6、TNF-α）促进破骨细胞生成，同时抑制成骨细胞活性，使平衡倾向于净骨吸收（Bregaint等人，2022年）。细菌成分如脂多糖（LPS）通过激活Toll样受体信号通路进一步加剧骨溶解（AlQranei等人，2021年）。骨质疏松的病理生理学机制复杂且多因素，涉及激素失调、细胞自噬受损和氧化应激。有趣的是，肠道微生物群失衡也被发现是调节全身骨骼健康的重要因素，它通过影响营养吸收、免疫反应和炎症级联反应来影响骨质疏松的进展（Fu等人，2024年）。这些发现共同强调了微生物病原体、宿主炎症和骨骼稳态在骨质疏松病因学中的多方面相互作用。

幽门螺杆菌（H. pylori）是一种革兰氏阴性细菌，大约50%的全球人口携带这种细菌（Xu等人，2022年），流行病学研究表明它与骨质疏松症有关。队列研究显示，H. pylori感染者骨密度（BMD）降低，骨折风险增加（L. Zhang等人，2024年），但其具体机制尚未明确。提出的机制包括慢性全身性炎症、营养吸收不良和激素失调（Merlotti等人，2022年）。持续的H. pylori感染会引起慢性胃炎和全身性炎症（Mommersteeg等人，2022年），这通过破坏破骨细胞与成骨细胞的平衡来扰乱骨骼稳态。感染期间升高的促炎细胞因子（如TNF-α、IL-6）通过激活NF-κB促进破骨细胞生成（Huang等人，2024年），同时抑制成骨细胞活性，从而加速骨吸收并损害骨骼形成（Tao等人，2021年）。值得注意的是，H. pylori感染的小鼠模型再现了人类的研究结果，表现出明显的骨丢失和微观结构恶化（Pan等人，2018年）。

幽门螺杆菌外膜囊泡（OMVs）是这种细菌分泌的纳米级膜结构，具有多种病理生理功能（Li等人，2024年）。先前的研究已经确定了它们在引发炎症和免疫失调中的作用，包括M1巨噬细胞极化、促炎细胞因子的释放（Olofsson等人，2010年）和慢性炎症（Han等人，2019年）。越来越多的证据表明，H. pylori衍生的OMVs可能在各种胃肠道外疾病的发展中起作用（Liu等人，2025年）。研究表明，这些囊泡无论是通过系统给药还是口服给药，都能穿过生物屏障，进入小鼠大脑，并引起星形胶质细胞和神经元的改变（Palacios等人，2023年）。具体来说，它们通过C3–C3aR信号通路与阿尔茨海默病的发病机制有关（Xie等人，2023年）。除了神经系统外，H. pylori OMVs还能激活肝星形细胞并上调肝纤维化的标志物（Bolori等人，2023年）。此外，在心血管病理学中，H. pylori OMVs会加重ApoE?/?小鼠的动脉粥样硬化，并通过抑制血管内皮细胞的增殖和促进凋亡直接损害血管内皮细胞（Wang等人，2021年）。然而，H. pylori OMVs对骨骼疾病的贡献仍不清楚。基于这些证据，我们通过体内和体外模型研究了H. pylori OMVs对骨骼结构和骨骼健康的影响。

本研究利用与骨骼相关的细胞、正常小鼠和卵巢切除（OVX）小鼠模型，阐明了H. pylori OMVs在骨质疏松发病机制中的多方面作用。我们的工作首次证明了H. pylori OMVs作为骨骼病理的直接媒介，架起了慢性细菌感染与骨质疏松发展之间的桥梁。

部分摘录

细菌培养和OMVs分离

H. pylori SS1菌株（由中国广东工业大学提供）在添加了10%羊脱纤维血、10 μg/mL万古霉素、2.5 μg/mL两性霉素B和5 μg/mL甲氧苄啶的Columbia血琼脂平板上培养。平板在微需氧条件（5% CO?）下37℃培养72小时。为了生产OMVs，细菌培养物在含有10%外泌体缺失的胎牛血清（FBS，Sigma-Aldrich，美国）的Brain Heart Infusion（BHI）肉汤中扩增

H. pylori-OMVs的制备和表征

TEM分析显示，H. pylori OMVs具有特征性的双层膜结构，呈均匀的球形形态，平均直径为200 nm（图1A）。NTA结果显示H. pylori OMVs的直径为140 ± 3.61 nm（图1B）。为了表征蛋白质组成，OMVs在10%聚丙烯酰胺凝胶上进行SDS-PAGE分离。电泳分析鉴定了五个不同的蛋白质条带，其分子量范围为

讨论

作为复杂的微生物群落，肠道微生物群调节宿主的代谢和免疫反应（Yin等人，2024年）。幽门螺杆菌是一种革兰氏阴性细菌，已知会导致慢性胃炎、消化性溃疡疾病和胃部恶性肿瘤（Suerbaum和Michetti，2002年）。然而，H. pylori感染还与多种胃肠道外的疾病有关，包括神经系统、皮肤科、血液学、眼科、心血管系统、代谢系统、肝胆系统等

结论

本研究揭示了H. pylori衍生的OMVs在破坏骨骼稳态和加重骨质疏松中的关键作用。OMVs能被成骨细胞和破骨细胞有效内化，并在静脉注射后迅速定位到骨骼组织。H. pylori OMVs通过抑制成骨细胞活性和增强破骨作用直接破坏骨骼稳态，从而导致小鼠的显著骨丢失和卵巢切除（OVX）小鼠的骨质疏松症状加重，从而确立了OMVs作为

作者贡献声明

赵静静：概念构思、资金获取、项目管理、监督、撰写——初稿、审阅与编辑。刘金：实验执行、数据分析、撰写——初稿。黄世元：实验执行、数据分析、撰写——初稿。叶松凌：实验执行、数据分析。赵素青：监督、项目管理。

伦理声明

该动物研究已获得广东工业大学动物伦理委员会的审查和批准（批准编号：GDUTXS20250087），并按照《国家实验室动物护理和使用指南》进行。

资助

本研究得到了国家自然科学基金（资助编号：81702213）的支持。

利益冲突声明

作者声明没有潜在的利益冲突。

致谢

我们衷心感谢广东工业大学生物医学与药学科学学院的Jin Fujun教授在破骨细胞生成研究和Micro-CT分析方面提供的专业指导和技术帮助。