别再为BRONJ头大！外泌体+miR-145-3p“锁死”铁死亡，颌骨修复“赢麻了”

双lin酸盐相关性颌骨坏死（BRONJ）是双lin酸盐类药物治疗骨质疏松或肿瘤相关骨病的严重并发症，以颌骨暴露、坏死且长期不愈为特征，现有手术清创、药物治疗等方案存在创伤大、疗效有限的局限。其核心病理机制尚未完全明确，近年研究提示铁死亡可能参与骨疾病发生，但BRONJ中颌骨间充质干细胞（MSCs）的铁死亡调控机制及干预策略仍属空白。

miRNAs可通过调控铁代谢相关基因影响铁死亡，其中miR-145-3p已被证实参与多种细胞铁死亡调控，且前期研究发现BRONJ大鼠循环miR-145水平降低，提示其可能为BRONJ的关键调控因子。外泌体因低免疫原性、高生物相容性，是miRNA递送的理想载体，在骨再生领域已展现潜力。

今天分享的是发表在【J Nanobiotechnology】（IF：12.6）上题为“Targeting ferroptosis to rescue osteogenic differentiation in BRONJ-affected jawbone mesenchymal stem cells: the role of miR-145-3p and exosome-mediated therapy”的研究。本研究旨在阐明miR-145-3p通过调控铁死亡影响BRONJ-MSCs成骨分化的分子机制（聚焦miR-145-3p/IREB2轴），并构建miR-145-3p富集外泌体联合可注射水凝胶的递送系统，验证其在BRONJ局部修复及系统性骨病（如骨质疏松、颅骨缺损）中的治疗效果，为BRONJ及相关骨丢失疾病提供新策略。

 

研究结果

1、BRONJ诱导颌骨MSCs铁死亡紊乱

图1A：细胞存活率检测（CCK-8）。BRONJ组颌骨MSCs存活率显著低于对照组，加入铁死亡抑制剂Fer-1（10μM）后，BRONJ+Fer-1组存活率显著回升，证实BRONJ通过诱导铁死亡降低MSCs活力。

图1B：Fe²⁺水平检测。BRONJ组MSCs内Fe²⁺含量显著高于对照组，Fer-1处理后Fe²⁺水平降下降，提示BRONJ导致MSCs铁蓄积。

图1C：脂质过氧化（MDA）检测。BRONJ组MSCs的MDA含量显著高于对照组，Fer-1处理后MDA下降，证实BRONJ促进MSCs脂质过氧化。

图1D-E：Western blot检测GPX4蛋白表达。BRONJ组GPX4表达水平显著低于对照组，Fer-1处理后GPX4上升，表明BRONJ抑制抗氧化通路。

图1F：透射电镜观察线粒体形态（TEM）。对照组MSCs线粒体形态正常、嵴完整；BRONJ组线粒体收缩、膜密度增加；Fer-1处理后线粒体形态改善，证实BRONJ诱导MSCs线粒体功能障碍（铁死亡典型特征）。

图1G：线粒体大小定量。BRONJ组线粒体长轴长度显著短于对照组，Fer-1处理后上升，提示铁死亡抑制剂改善线粒体形态。

图1H：线粒体膜密度定量。BRONJ组线粒体膜密度显著高于对照组，Fer-1处理后下降，进一步验证线粒体功能修复。

图1I-J：活性氧（ROS）检测（免疫荧光）。BRONJ组MSCs绿色荧光强度（ROS水平）显著高于对照组，Fer-1处理后下降，证实BRONJ促进MSCs氧化应激。

这些结果表明，BRONJ通过诱导颌骨MSCs铁蓄积、脂质过氧化、线粒体功能障碍及抗氧化蛋白下调，触发铁死亡，而铁死亡抑制剂Fer-1可逆转上述病理变化，证实铁死亡是BRONJ-MSCs功能障碍的关键机制。

 

2、铁死亡导致BRONJ-MSCs成骨分化障碍

图2A-B：碱性磷酸酶（ALP）染色及定量。对照组MSCsALP阳性区域（蓝色）面积显著大于BRONJ组，Fer-1处理后BRONJ+Fer-1组ALP活性上升，证实铁死亡抑制MSCs早期成骨分化。

图2C-D：茜素红S染色（矿化结节）及定量。对照组矿化结节（红色）面积显著大于BRONJ组，Fer-1处理后BRONJ+Fer-1组矿化水平上升，表明铁死亡抑制MSCs晚期成骨矿化。

图2E-F：异位成骨实验（HE染色）。对照组MSCs构建的“细胞片/HA-TCP三明治”移植后，新生骨（B）面积显著大于BRONJ组，Fer-1处理后BRONJ+Fer-1组新生骨面积上升，证实铁死亡抑制MSCs体内成骨能力。

图2G-H：RT-qPCR检测成骨基因表达。对照组RUNX2（成骨转录因子）、OCN（骨钙素）mRNA表达显著高于BRONJ组，Fer-1处理后两者均上升，揭示铁死亡通过下调成骨关键基因抑制分化。

这些结果表明，BRONJ诱导的铁死亡可从早期ALP活性、晚期矿化结节形成及成骨基因表达多层面抑制颌骨MSCs成骨分化，而铁死亡抑制剂可恢复其成骨能力，明确铁死亡是BRONJ骨再生障碍的核心诱因。

 

3、miR-145-3p调控BRONJ-MSCs铁死亡与成骨分化

图3A：RT-qPCR检测miR-145-3p表达。BRONJ组MSCs中miR-145-3p表达显著低于对照组，提示miR-145-3p下调可能参与BRONJ铁死亡调控。

图3B：miR-145-3p调控效率。转染miR-145-3pmmics后，BRONJ+mimics组miR-145-3p表达显著高于BRONJ+Vector组；转染抑制剂（Inhibitor）后，Control+Inhibitor组miR-145-3p表达显著低于Control+Vector组，证实调控系统有效。

图3C-L：miR-145-3p过表达对铁死亡的影响。BRONJ+mimics组较BRONJ+Vector组，细胞存活率升高、Fe²⁺水平降低、MDA含量降低、GPX4表达升高、线粒体形态改善、ROS水平降低，证实miR-145-3p过表达抑制BRONJ-MSCs铁死亡。

图3M-V：miR-145-3p敲低对铁死亡的影响。Control+Inhibitor组较Control+Vector组，细胞存活率降低、Fe²⁺水平升高、MDA含量升高、GPX4表达降低、线粒体收缩加剧、ROS水平升高，证实miR-145-3p敲低诱导正常MSCs铁死亡。

这些结果表明，miR-145-3p是BRONJ-MSCs铁死亡的关键负调控因子，其过表达可抑制铁死亡、恢复细胞功能，敲低则模拟BRONJ铁死亡表型，明确miR-145-3p在BRONJ病理中的核心作用。

 

4、miR-145-3p/IREB2轴调控BRONJ-MSCs铁死亡与成骨分化

图4A：RT-qPCR检测IREB2mRNA表达。对照组、BRONJ组、BRONJ+Fer-1组MSCs中IREB2mRNA表达无显著差异，提示IREB2在转录水平不受BRONJ或铁死亡抑制影响。

图4B-C：Western blot检测IREB2蛋白表达。BRONJ组IREB2蛋白水平显著高于对照组，Fer-1处理后下降，证实BRONJ在翻译水平上调IREB2。

图4D-F：IREB2过表达对铁死亡的影响。mimics+IREB2组较mimics+Vector组，细胞存活率降低、Fe²⁺水平升高、MDA含量升高，证实IREB2过表达可逆转miR-145-3p对铁死亡的抑制作用。

图4G-J：IREB2过表达对成骨分化的影响。mimics+IREB2组较mimics+Vector组，RUNX2、OCNmRNA表达降低，矿化结节面积减小，证实IREB2过表达逆转miR-145-3p对成骨分化的促进作用。

图4K-L：体内成骨验证（HE染色）。mimics+IREB2组移植后新生骨面积显著小于mimics+Vector组，进一步证实IREB2拮抗miR-145-3p的成骨效应。

图4M-U：IREB2敲低的拯救效应。Inhibitor+shIREB2组较Inhibitor+Vector组，细胞存活率升高、Fe²⁺/MDA水平降低，RUNX2/OCN表达及矿化结节面积升高，体内新生骨面积增加，证实IREB2敲低可逆转miR-145-3p敲低的负面效应。

这些结果表明，miR-145-3p通过靶向IREB2抑制BRONJ-MSCs铁死亡、促进成骨分化，IREB2是miR-145-3p调控BRONJ病理过程的关键下游靶标，明确miR-145-3p/IREB2轴为BRONJ治疗的核心通路。

 

5、外泌体递送miR-145-3p修复BRONJ颌骨坏死

图5A：RT-qPCR检测内源性MSCs中miR-145-3p表达。BRONJ+exo-up-miR组（注射miR-145-3p富集外泌体水凝胶）miR-145-3p表达显著高于BRONJ组；Control+exo-down-miR组（注射miR-145-3p敲低外泌体）表达显著低于对照组，证实外泌体可有效调控体内MSCs的miR-145-3p水平。

图5B-D：铁死亡指标检测。BRONJ+exo-up-miR组较BRONJ组，细胞存活率升高、Fe²⁺水平降低、MDA含量降低，证实外泌体递送miR-145-3p抑制体内MSCs铁死亡。

图5E-I：Micro-CT分析。BRONJ+exo-up-miR组颌骨坏死区3D重建显示新生骨显著增多，骨体积/总体积、骨小梁数量、骨小梁厚度升高，骨小梁间距降低；Control+exo-down-miR组则呈现相反趋势，证实外泌体递送miR-145-3p改善BRONJ骨结构。

图5J：HE染色。对照组颌骨结构完整，BRONJ组可见坏死区、骨质量差，BRONJ+exo-up-miR组坏死减轻、骨结构修复。

图5K-L：钙黄绿素标记。BRONJ+exo-up-miR组钙黄绿素沉积（绿色）及成骨速率显著高于BRONJ组，证实外泌体递送miR-145-3p促进体内骨形成。

这些结果表明，miR-145-3p富集外泌体联合可注射水凝胶可有效递送至BRONJ颌骨，通过上调内源性MSCs的miR-145-3p水平、抑制铁死亡，实现颌骨坏死修复与骨结构改善，验证其局部治疗效果。

 

6、外泌体递送miR-145-3p恢复BRONJ-MSCs成骨能力

图6A-B：ALP染色及定量。BRONJ+exo-up-miR组内源性MSCsALP活性显著高于BRONJ组，Control+exo-down-miR组显著低于对照组，证实外泌体递送miR-145-3p恢复MSCs早期成骨分化。

图6C-D：茜素红S染色及定量。BRONJ+exo-up-miR组矿化结节面积显著高于BRONJ组，Control+exo-down-miR组显著低于对照组，证实外泌体递送miR-145-3p恢复MSCs晚期矿化能力。

图6E-F：OCN免疫荧光及定量。BRONJ+exo-up-miR组OCN阳性信号（绿色）强度显著高于BRONJ组，Control+exo-down-miR组显著低于对照组，证实外泌体递送miR-145-3p上调成骨晚期标志物。

图6G-H：异位成骨实验（HE染色）。BRONJ+exo-up-miR组新生骨面积显著高于BRONJ组，Control+exo-down-miR组显著低于对照组，证实外泌体递送miR-145-3p恢复MSCs体内成骨能力。

图6I-J：OCN免疫组化及定量：BRONJ+exo-up-miR组OCN阳性区域（棕色）面积显著高于BRONJ组，Control+exo-down-miR组显著低于对照组，进一步验证成骨功能恢复。

这些结果表明，外泌体递送miR-145-3p可从早期ALP活性、晚期矿化及成骨标志物表达多层面，恢复BRONJ-MSCs的成骨分化能力，为其骨再生功能提供保障。

 

7、外泌体重编程BRONJ-MSCs修复系统性骨病

图7A-E：骨质疏松模型（OVX）治疗效果（Micro-CT）。OP+reprogMSCs组（注射外泌体治疗后的重编程BRONJ-MSCs）股骨BV/TV、骨小梁数量、骨小梁厚度显著高于OP组和OP+BRONJ MSCs组，骨小梁间距降低，证实重编程MSCs改善骨质疏松骨结构。

图7F：股骨HE染色。OP+reprog MSCs组骨量显著多于OP组和OP+BRONJ MSCs组，骨小梁更完整。

图7G-H：钙黄绿素标记。OP+reprogMSCs组成骨速率显著高于OP组和OP+BRONJMSCs组，证实重编程MSCs促进骨质疏松骨形成。

图7I-M：颅骨缺损模型治疗效果（Micro-CT）。Defect+reprog MSCs组颅骨缺损区BV/TV、骨小梁数量、骨小梁厚度显著高于Defect+BRONJ MSCs组，骨小梁间距降低，证实重编程MSCs 促进颅骨缺损修复。

图 7N：颅骨 HE 染色。Defect+reprog MSCs 组新生骨面积显著多于 Defect+BRONJ MSCs 组，缺损愈合更完全。

这些结果表明，外泌体治疗后的重编程BRONJ-MSCs不仅可修复局部BRONJ，还能恢复系统性成骨能力，有效改善骨质疏松和颅骨缺损，证实其在多种骨丢失疾病中的治疗潜力。

​

结论

本研究明确miR-145-3p/IREB2/铁死亡轴是BRONJ的关键调控通路：BRONJ通过下调miR-145-3p，解除其对IREB2蛋白的翻译抑制，导致IREB2蓄积，进而触发颌骨MSCs铁死亡、抑制成骨分化；外泌体递送miR-145-3p可靶向上调MSCs内miR-145-3p水平，通过抑制IREB2、缓解铁死亡，恢复MSCs成骨能力，实现BRONJ颌骨坏死修复；此外，外泌体重编程后的BRONJ-MSCs可进一步改善骨质疏松和颅骨缺损，展现系统性骨再生潜力。该研究不仅揭示BRONJ的新病理机制，还提供了“外泌体-miRNA”靶向铁死亡的新型治疗策略，为BRONJ及相关骨丢失疾病的临床转化奠定基础。