Life Med | 心理应激与骨质疏松:机制与治疗

学术   科学   2024-08-01 23:00   北京  
心理应激(Psychological stress)与骨质疏松症(Osteoporosis,OP)存在显著相关,长期心理应激可导致骨质疏松症的发展。研究表明,创伤后应激障碍(Post-traumatic stress disorder,PTSD)患者更容易患骨质疏松症,长期心理应激还会导致抑郁,与非抑郁个体相比,抑郁症患者的骨密度更低。尽管早期研究已经指出骨质疏松症与心理应激之间存在紧密关系,但骨质疏松症在长期心理应激下的潜在机制和有效治疗技术尚不清楚。
近日,空军军医大学第三附属医院组织工程中心(西安)金岩教授团队许浩坤等在Life Medicine发表综述论文:Osteoporosis under Psychological Stress: Mechanisms and Therapeutics,该文章着重介绍了交感神经系统在调节骨稳态中的作用,并讨论了血管在骨发育、重塑和再生中的重要性,以及交感神经系统对骨血管调节的影响。同时,深入探讨了细胞外囊泡(Extracellular vesicles,EVs)在心理应激下的潜在应用,特别是间充质干细胞来源的EVs(Mesenchymal stem cell-derived extracellular vesicles,MSC-EVs)在调节血管功能和促进骨再生中的作用机制。最后,提出了关于MSC-EVs工程化策略的建议,旨在提高其治疗效果并实现更精确的靶向治疗,为缓解心理压力导致的骨质疏松症提供新的思路和方法。
一、心理应激与骨质疏松:探寻联系
心理应激与骨质疏松症之间的联系备受关注。心理应激引发神经内分泌轴的激活,特别是下丘脑-垂体-肾上腺(Hypothalamus-pituitary-adrenal,HPA)轴和交感-肾上腺髓质(Sympathetic-adrenal medullary,SAM)轴。交感神经系统(Sympathetic nervous system,SNS)是SAM轴的核心组成部分,通过释放神经递质调节骨稳态。研究表明,心理应激导致SNS异常激活,增加骨吸收,减少骨形成,进而影响骨质疏松症的发展。此外,心理应激还通过EVs和细胞因子的旁分泌机制间接影响骨稳态,促进骨质疏松症发展(图1)。为深入探究心理应激对骨质疏松症的影响,科研人员致力于建立准确的动物模型,模拟急性或慢性压力条件,以揭示其潜在机制。通过研究心理应激引起的神经内分泌反应及其对骨代谢的影响,有望发现新的治疗靶点,为预防和治疗与应激相关的骨质疏松症提供新的思路和方法。
图1. 心理应激诱导的交感神经兴奋导致骨质流失
二、交感神经调控下的血管调节与骨稳态:深度探究
在骨发育、再生和稳态调节中,血管系统起着至关重要的作用。血管在骨内的分层结构及其参与血液和物质交换的功能,直接影响着骨的生理和病理过程。研究发现,不同类型的血管在骨内表现出内皮细胞的异质性,其中H型血管(Type H vessels)与骨形成相关的干细胞紧密接触,为骨形成提供必要的营养和维持骨稳态的代谢需求(图2)。与此同时,神经血管相互作用在这一过程中发挥着关键作用。通过调节血管内皮细胞的α和β肾上腺素受体,交感神经系统影响血管的舒缩,从而调节血压和血液氧供。特别是,交感神经系统通过间接调节血管新生,影响血管内皮细胞的转录,进而调节骨稳态。这一发现为骨相关疾病的治疗提供了新的视角,揭示了神经血管相互作用在心理应激导致的骨质疏松症发展中的潜在作用。
图2. 在交感激活下,神经血管耦合及其在骨稳态和再生中的调节
三、MSC-EVs治疗心理压力引发的骨质疏松:新突破
EVs是小型膜结合囊泡,被认为是细胞间通讯的关键介质,携带着蛋白质和核酸等生物活性分子,对细胞稳态和生理病理过程至关重要。最新研究表明,EVs在血管生成中发挥着重要角色,特别是来自内皮细胞和血小板的EVs含有促进血管生成的因子。然而,在心理应激下,尤其是交感神经激活时,EVs对血管生成的调节作用尚不明确。深入了解EVs在交感神经激活下的行为对于治疗由心理压力引起的骨质流失至关重要。此外,近年来的研究发现,MSC-EVs在血管生成和骨再生中可以通过传递信息参与组织再生和功能修复,调节细胞外基质重塑,限制局部炎症,并调节免疫反应(图3)。多项研究发现,MSC-EVs能够促进血管生成,例如在低氧刺激下,骨髓源性MSC-EVs被内皮细胞吸收,从而促进血管生成并增强大鼠心肌梗死模型的心功能。此外,MSC-EVs能够直接促进骨细胞的增殖、分化和血管生成,同时抑制炎症反应。在骨坏死、骨折和骨质疏松等病理条件下,MSC-EVs治疗均显示出促进骨再生的效果,包括增加骨细胞数量、促进骨痂形成和减少骨丢失。不仅如此,通过工程化技术的改良,可以增强MSC-EVs的靶向性和治疗效果,从而突破MSC-EVs自然产量有限的限制。因此,EVs为诊断和治疗疾病提供了新的途径,并为再生医学和组织工程学的发展提供了新的治疗机会。特别是在心理压力引起的骨质疏松症等疾病的治疗中,MSC-EVs展现出了重要的潜力。随着对MSC-EVs作用机制的进一步深入了解和工程化技术的不断发展,这种治疗方法有望成为未来治疗骨质疏松症等疾病的重要策略之一,为患者提供更有效的治疗方案。
图3. 间充质干细胞来源的细胞外囊泡对血管生成和骨再生的调节
四、总结与展望
心理应激与多种疾病密切相关,包括骨质流失和骨质疏松症。尽管SNS在骨质流失中发挥关键作用,但导致骨质流失的确切机制尚不清楚,有效的治疗策略亦尚未出现。最新研究发现,SNS的活化会影响骨细胞和血管内皮细胞的稳态,暗示了其通过调节血管功能来影响骨再生的可能性。特别值得关注的是H型血管的发现,强调了血管化在减轻SNS导致的骨质流失中的重要性。基于EVs的新兴治疗方法,尤其是MSC-EVs,在修复心理压力导致的骨质流失方面显示出潜力,具有促进血管生成和骨形成的良好效果。未来的研究将继续深入探索SNS调节骨骼稳态的机制,并探索新的治疗策略以缓解心理应激导致的骨质疏松症。研究人员还将进一步研究MSC-EVs在治疗心理压力相关骨质疏松症中的具体应用,探索更多工程化修饰方法以提高其靶向性和治疗效果。这些努力有望为改善心理压力对骨骼健康的不利影响提供更有效的解决方案,为人们的健康带来更多益处。
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英文全文链接:
https://doi.org/10.1093/lifemedi/lnae009
引用本文:
Hao-Kun Xu, Jie-Xi Liu, Ze-Kai Zhou, Chen-Xi Zheng, Bing-Dong Sui, Yuan Yuan, Liang Kong, Yan Jin, Ji Chen, Osteoporosis under psychological stress: mechanisms and therapeutics, Life Medicine, Volume 3, Issue 1, February 2024, lnae009, https://doi.org/10.1093/lifemedi/lnae009

作者简介

金岩

空军军医大学

金岩,教育部长江学者特聘教授、国家杰出青年基金获得者,“973计划”、 “863计划”、国家重点研发计划首席科学家,全国优秀科技工作者,曾任中国组织工程与再生医学专委会和中华口腔生物医学专委会主任委员,创立的空军军医大学口腔医院组织工程中心是目前国内最具影响力的干细胞与再生医学研究平台之一。课题组团队长期从事干细胞与再生医学的基础和临床转化研究,取得多项里程碑式科学发现,包括制备了我国第一个组织工程产品“组织工程双层皮肤”、世界第一例组织工程角膜、在国际上率先实现人体全长牙髓和工程化全牙再生。团队已获得国家科技进步一等奖1项,省部级科学技术一等奖5项,2次获得中国十大生物医学科学进展,在Cell Metabolism、Nature Biomedical Engineering、Science Translational Medicine等期刊发表SCI论文逾200篇。

许浩坤

空军军医大学第三附属医院

许浩坤,空军军医大学第三附属医院讲师、医务处副处长,研究方向为心理应激调控口颌系统稳态与再生的基础及临床研究。主持陕西省自然科学基础研究计划、空军军医大学快速响应课题等研究项目。在Nature Metabolism、Advanced Science、Molecular Therapy等国际期刊发表SCI论文9篇,荣获陕西省首批黄大年式教师团队骨干教师、陕西省研究生教育与学科建设管理工作先进个人等奖励。课题组团队长期从事干细胞与再生医学的基础和临床转化研究,取得多项里程碑式科学发现,长期欢迎研究生报考和优秀博士后、科研助理加入,有意向可发送简历至柳杰喜(liujiexi2021@163.com)。

制版:太鑫

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