《Journal of Orthopaedic Translation》：Telomerase reverse transcriptase mediates bone formation for osteoporosis via activating BMP4/Smad1 pathway
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背景：端粒酶逆转录酶（TERT）在骨代谢中的作用尚不明确。本研究旨在探讨其在骨质疏松症（OP）发病机制中的功能及其治疗潜力。方法：研究人员在临床OP标本和卵巢切除（OVX）小鼠模型中分析了TERT的表达。通过RNA测序、功能获得/缺失研究及通路抑制实验探究其机
背景：端粒酶逆转录酶（TERT）在骨代谢中的作用尚不明确。本研究旨在探讨其在骨质疏松症（OP）发病机制中的功能及其治疗潜力。方法：研究人员在临床OP标本和卵巢切除（OVX）小鼠模型中分析了TERT的表达。通过RNA测序、功能获得/缺失研究及通路抑制实验探究其机制。将TERT过表达的骨髓间充质干细胞（BMSCs）来源的外泌体（TERT-Exo）经骨靶向适配体修饰（Apt-TERT-Exo）后，在OVX小鼠中进行功能评估。结果：TERT在OP患者中表达下调，且与成骨能力下降相关。研究发现TERT是BMP4/Smad1通路的新上游激活因子，对该促成骨效应至关重要。系统给药Apt-TERT-Exo可有效促进OVX小鼠骨小梁骨量的恢复。结论：TERT是通过BMP4/Smad1通路调控成骨的新型上游调节因子。Apt-TERT-Exo平台代表了一种极具前景的骨质疏松靶向无细胞治疗策略。
该研究发表于《Journal of Orthopaedic Translation》，聚焦于解决骨质疏松症治疗中成骨药物稀缺及现有疗法副作用大的临床难题。目前，抗吸收药物无法恢复已丢失的骨量，而合成代谢药物长期使用存在骨肉瘤及心血管风险。尽管端粒酶逆转录酶（TERT）在非经典功能中显示出调节干细胞分化的潜力，但其对骨代谢的具体调控机制仍存在争议。为此，研究人员通过多学科交叉手段，从遗传流行病学、分子生物学及纳米医学层面，系统阐明了TERT通过骨形态发生蛋白4（BMP4）/Smad1信号轴促进骨形成的机制，并构建了骨靶向外泌体递送系统用于疾病治疗。
为实现上述目标，研究人员采用了多项关键技术：首先利用全基因组关联研究（GWAS）汇总统计数据进行了跨表型荟萃分析；其次通过单细胞RNA测序（scRNA-seq）确定了TERT在骨髓间充质干细胞（BMSCs）中的特异性表达；随后利用RNA测序（RNA-seq）、免疫共沉淀（Co-IP）及分子对接技术解析了TERT与BMP4的相互作用及下游通路；最后通过超速离心法提取BMSC来源的外泌体（BMSC-Exo），并利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）对其进行了骨靶向适配体（Apt）修饰与表征，通过Micro-CT和组织学染色评估了其在卵巢切除（OVX）小鼠模型中的治疗效果。
研究结果主要分为四个部分：
- 1.
TERT在人类和小鼠骨组织中显著降低
研究人员通过分析GWAS数据发现，TERT基因区域的SNP rs13174919与骨折风险及骨密度显著相关。临床样本分析显示，老年患者的骨组织中TERT蛋白表达水平显著低于年轻患者，且TERT表达量与骨密度呈正相关。在OVX小鼠模型中，研究人员同样观察到骨小梁丢失伴随TERT表达的显著下调，证实了TERT与骨质疏松病理过程的密切关联。
- 2.
TERT增强BMSCs的成骨分化
单细胞测序结果显示，TERT主要在间充质基质细胞中高表达。在体外实验中，使用TERT激活剂CAG处理BMSCs可显著上调RUNX2、OPN、COL1等成骨标志物的表达，并促进矿化结节形成；反之，沉默TERT则抑制了成骨分化。值得注意的是，CAG处理并未影响破骨细胞的形成，表明TERT主要调控成骨细胞谱系。
- 3.
TERT通过BMP4/Smad1通路促进成骨
RNA测序及基因富集分析提示转化生长因子β（TGF-β）信号通路被显著激活。进一步的蛋白质互作网络分析锁定BMP4为核心节点。机制研究表明，TERT过表达可上调BMP4及其下游磷酸化Smad1（p-Smad1）的水平，而TERT敲除则产生相反效果。分子对接与Co-IP实验证实TERT蛋白可直接与BMP4蛋白结合。当使用BMP4特异性抑制剂DMH-1处理后，TERT过表达诱导的成骨活性被完全阻断，确立了BMP4/Smad1是介导TERT功能的必需下游通路。
- 4.
BMSC-Exo的制备、表征及骨靶向修饰
研究人员成功分离并鉴定了具有典型杯状形态及特定粒径分布的BMSC-Exo。通过醛基化适配体与外泌体表面胺基形成希夫碱，构建了骨靶向修饰的Apt-Exo。体外实验显示，负载TERT的Apt-TERT-Exo能最有效地促进BMSCs的成骨分化标志物表达及矿化。
- 5.
Apt-TERT-Exo靶向骨骼并改善骨质疏松
体内生物分布研究显示，DiR标记的Apt-Exo在股骨和胫骨中表现出显著的富集。治疗实验表明，与对照组相比，Apt-TERT-Exo治疗组的小鼠骨小梁微结构得到最佳恢复，骨体积分数（BV/TV）、骨小梁数量（Tb.N）及厚度（Tb.Th）显著增加。组织学分析进一步证实，该治疗上调了RUNX2、BMP4及p-Smad1的表达，且未引起主要脏器的毒性反应，显示出良好的安全性。
在讨论部分，研究人员指出本研究确立了TERT作为骨稳态的关键调节因子，并揭示了其通过BMP4/Smad1信号级联发挥非经典功能的新机制。针对现有OP治疗药物存在的停药后骨量快速丢失及全身副作用等问题，本研究开发的Apt-TERT-Exo平台利用了外泌体的天然生物相容性及低免疫原性，通过骨归巢适配体实现了精准递送，有效避免了传统病毒载体可能引发的免疫反应及异位钙化风险。
结论部分总结道：本研究极大地推进了关于TERT在OP发病机制中的理论框架，重新定义了TERT作为协调骨骼稳态的代谢调节器，超越了其在端粒维持中的经典作用。研究人员确定BMP4/Smad1信号是该促成骨效应的中心轴。通过开发Apt-TERT-Exo靶向骨组织并精确激活BMSCs中的TERT表达，该研究促进了BMSCs的成骨分化并改善了OP。这一策略为治疗以BMSCs分化能力受损为特征的难治性OP亚型提供了临床可行的精准医疗新范式。
