骨关节炎（OA）与糖尿病作为两种高发于中老年人群的慢性疾病，常合并出现，且临床观察发现糖尿病患者的OA病情往往更重、进展更快。然而，高血糖促进OA发展的具体分子机制一直悬而未决。南京医科大学第一附属医院、东部战区总医院和新疆生产建设兵团第四师医院团队揭示了一条由代谢紊乱驱动免疫功能障碍的全新通路：高血糖通过增强滑膜巨噬细胞的糖酵解，导致其胞内乳酸积累，进而引起巨噬细胞表面受体CD11b发生K575位点乳酸化修饰。这一修饰改变了CD11b的蛋白构象，削弱了巨噬细胞识别并清除凋亡细胞的能力（即“胞葬作用”），最终加剧滑膜炎症并加速OA进展。该研究不仅阐明了糖尿病作为OA独立风险因子的关键机制，还将CBP鉴定为催化CD11b乳酸化的关键转移酶，为干预高血糖相关OA提供了潜在治疗靶点。值得关注的是，研究中用于验证CD11b功能的THP-1细胞CD11b基因敲除株，正是借助了海星生物（HySigen）提供的基因敲除（KO）服务构建而成，为关键结论的得出提供了可靠的工具保障。
一、核心研究方法
本研究遵循了“临床现象→细胞与动物模型验证→分子机制解析→靶点干预”的经典转化医学研究范式，综合运用了多种技术手段：
1.临床样本分析：收集接受全膝关节置换术（TKA）的终末期OA患者滑膜组织，分为单纯OA组和糖尿病OA组，通过组织学染色、免疫组化/荧光等方法比较滑膜炎症程度、巨噬细胞表型及凋亡细胞清除情况。
2.细胞模型：分离患者外周血单核细胞（PBMC）并诱导分化为巨噬细胞，在不同葡萄糖浓度下培养，用于RNA-seq、代谢测定（Seahorse）、胞葬功能检测（流式细胞术）、蛋白质乳酸化水平分析等。
3.动物模型：结合链脲佐菌素（STZ）诱导的高血糖模型和内侧半月板失稳（DMM）手术诱导的OA模型，构建高血糖OA小鼠。并通过腹腔注射糖酵解抑制剂2-脱氧葡萄糖（2-DG）或乳酸进行功能挽救或加重实验。
4.分子机制验证：
· 组学与互作分析：利用RNA-seq、Co-IP/MS筛选差异基因与互作蛋白。
· 基因编辑与点突变：构建CD11b敲除（KO）及K575R点突变细胞系（
其中CD11b敲除THP-1细胞由海星生物完成），验证特定修饰位点的功能。
· 分子动力学模拟：通过计算机模拟CD11b乳酸化前后的构象变化及其与配体磷脂酰丝氨酸（PS）的结合能力。
· 靶向干预：构建并关节腔注射靶向滑膜巨噬细胞的重组腺相关病毒（rAAV-F4/80-shCBP），在体验证敲低乳酸化转移酶CBP的治疗潜力。
二、核心研究结论
1. 高血糖加重滑膜炎症并加速OA进展
研究者首先在临床层面确认了高血糖与OA严重程度的相关性。数据分析显示，接受TKA的糖尿病OA患者平均年龄显著低于单纯OA患者，提示在达到相同终末期病变时，糖尿病患者病程更短、进展更快（图1a）。组织学分析证实，糖尿病OA患者的滑膜增生、炎性细胞浸润更严重，滑膜炎症评分更高（图1b），且促炎因子（IL-1β, NLRP3）表达上调，抑炎因子（IL-10）下调（图1c）。共培养实验表明，糖尿病OA患者的滑膜组织更能促进软骨细胞外基质降解（图1d, e）。
在小鼠模型中，高血糖OA小鼠表现出更严重的滑膜炎症、更广泛的软骨侵蚀、更多的骨赘形成和软骨下骨硬化（图1f-l）。这些数据在临床和动物水平共同证实：高血糖是加剧OA进展的独立危险因素。
2. 高血糖损害滑膜巨噬细胞的胞葬作用
胞葬作用是巨噬细胞清除凋亡细胞、维持组织稳态的关键功能。RNA-seq分析提示，高血糖环境中巨噬细胞的差异表达基因富集于“胞葬作用”通路（图2a, b）。临床和动物滑膜组织的免疫荧光染色显示，糖尿病OA患者和高血糖OA小鼠滑膜中残留的凋亡细胞（CC3+）显著增多（图2c-f）。体外流式细胞术实验直接证明，在高糖条件下培养的巨噬细胞，其吞噬凋亡Jurkat细胞的能力明显下降（图2g）。这些结果表明，高血糖通过损害滑膜巨噬细胞的胞葬功能，导致凋亡细胞在关节内累积，进而加剧炎症。
3. 高血糖通过增强糖酵解损害胞葬功能
机制探索发现，高血糖巨噬细胞的糖代谢相关基因表达发生显著改变，基因集富集分析（GSEA）和Seahorse代谢分析均证实，高血糖特异性地增强了巨噬细胞的糖酵解，但对氧化磷酸化无显著影响（图3a-e）。功能上，使用糖酵解抑制剂DCA处理可恢复高糖巨噬细胞的胞葬能力，而促进糖酵解的鱼藤酮则进一步损害该功能（图3f）。在体实验中，腹腔注射糖酵解抑制剂2-DG能够有效减轻高血糖OA小鼠的滑膜炎症、软骨破坏和骨赘形成，并减少滑膜中凋亡细胞的堆积（图3g-q）。这证明高血糖对胞葬功能的损害依赖于糖酵解的增强。
4. 糖酵解产物乳酸累积导致蛋白质乳酸化水平升高，进而损害胞葬功能
糖酵解增强的直接后果是乳酸生成增加。检测发现高糖培养的巨噬细胞内乳酸浓度和整体蛋白质乳酸化水平均显著升高（图4a-d）。临床和小鼠滑膜巨噬细胞中也观察到同样的现象（图4e-h）。外源性添加乳酸可在正常糖条件下模拟高糖效应，即提高细胞内乳酸和蛋白乳酸化水平，并同样损害巨噬细胞的胞葬功能（图4i-m）。在动物水平，外源注射乳酸能加剧OA小鼠的滑膜炎症和关节破坏，同时伴随滑膜巨噬细胞乳酸化水平升高和凋亡细胞清除障碍（图5a-l）。这说明乳酸积累及其介导的蛋白质乳酸化修饰，是高血糖损害胞葬功能的关键中间环节。
5. CD11b K575位点乳酸化是损害胞葬功能的具体分子靶点
为了找到具体靶蛋白，研究者通过Co-IP/MS筛选，发现巨噬细胞表面受体CD11b在K575位点发生乳酸化（图6a）。功能上，敲除CD11b会显著损害巨噬细胞的胞葬能力（补充图4a），证实其必要性。Co-IP实验证实高糖环境下CD11b的乳酸化水平增加（图6b），而将CD11b第575位的赖氨酸（K）突变为精氨酸（R）（K575R）后，高糖不再能增加其乳酸化，也无法损害该突变巨噬细胞的胞葬功能（图6c-e）。这精确定位了CD11b K575乳酸化是高血糖损害胞葬功能的关键分子事件。
6. CD11b乳酸化通过改变蛋白构象削弱其识别凋亡细胞的能力
分子动力学模拟显示，CD11b K575乳酸化后，其αI结构域向Calf-2结构域靠拢，发生了明显的构象变化（图6f-h）。这种构象改变影响了CD11b与其配体——凋亡细胞表面标志物磷脂酰丝氨酸（PS）的结合。模拟计算发现，野生型CD11b与PS的结合自由能（-102.01 kcal/mol）强于乳酸化CD11b（-94.90 kcal/mol）（图6k），结合模式分析也显示相互作用的关键残基和力发生了改变（图6i, j）。这意味着CD11b乳酸化通过变构效应，直接削弱了巨噬细胞“识别”凋亡细胞的能力，从而阻断了胞葬过程的第一步。
7. 鉴定CBP为催化CD11b乳酸化的转移酶
通过互作蛋白筛选与乙酰转移酶库比对，研究者将CBP锁定为潜在的乳酸
化转移酶（图7a）。Co-IP实验证实CD11b与CBP存在内源性和外源性相互作用（图7b, c, g）。敲低或使用抑制剂抑制CBP后，高糖或乳酸刺激引发的巨噬细胞整体蛋白及CD11b特异性乳酸化水平均显著下降，胞葬功能也得到恢复（图7d-f, 补充图5a-c）。分子对接和片段实验进一步明确了CBP的M3结构域负责与CD11b结合并催化其乳酸化（图7h-k）。因此，CBP被鉴定为在高血糖环境下催化CD11b乳酸化的关键酶。
8. 靶向敲低滑膜巨噬细胞CBP可延缓高血糖OA进展
最后，研究者构建了靶向滑膜巨噬细胞（F4/80+）的rAAV-shCBP病毒，并注射至高血糖OA小鼠关节腔。该干预能有效降低滑膜巨噬细胞中CBP表达和蛋白乳酸化水平（图8a, j, k），恢复胞葬功能（凋亡细胞减少，图8l, m），从而显著减轻滑膜炎症、软骨破坏和骨赘形成（图8b-i）。这证明了靶向CBP-CD11b乳酸化轴，是治疗高血糖相关OA的可行策略。
三、研究意义与与转化价值
本研究首次完整揭示了“高血糖→巨噬细胞糖酵解增强→乳酸积累→CBP介导CD11b K575乳酸化→胞葬功能受损→凋亡细胞堆积→关节炎症加剧→骨关节炎恶化”的分子通路，不仅阐明了糖尿病与骨关节炎之间的病理关联，更为骨关节炎的精准治疗提供了全新靶点。
海星生物（HySigen）的THP-1细胞CD11b基因敲除服务，凭借高效的基因编辑技术、稳定的细胞生物学特性和严格的质量控制，为该研究的核心功能验证提供了可靠工具。这类专业的KO服务可快速助力科研人员构建目标基因敲除细胞模型，大幅缩短实验周期，加速机制研究进程。
参考文献：Zhou H, Xiao Y, Xue X, et al. Hyperglycemia exacerbates osteoarthritis by impairing macrophage efferocytosis through modulation of CD11b lactylation[J]. Nature Communications, 2025.
