港大医学院及约翰霍普金斯大学研究团队联合发现

本研究阐述的骨内感受回路模式图：二价金属正离子刺激巨噬细胞产生前列腺素E2（PGE2），当传入神经感应到PGE2受体4的炎症讯号，便会将这内感受讯号传导至中枢神经系统。这些讯号经脑部的交感神经系统，回到骨损伤区并修复骨折部位。

(原新闻稿已于5月4日发布)

由香港大学李嘉诚医学院（港大医学院）临床医学学院矫形及创伤外科学系杨伟国教授和美国约翰霍普金斯大学医学院曹旭教授共同领导的研究团队发现，当感觉神经系统受到注射于骨组织内的金属离子（如镁离子、锌离子及铜离子）刺激后，中枢神经系统可有效地调整骨组织再生。研究也揭示了一个未被认识的骨内感受回路（skeletal interoceptive circuit）——中枢神经系统藉此感受并回传讯号至骨骼损伤区域，进而调控骨骼修复。研究结果已在《自然通讯》杂志发表（按此浏览期刊文章）。

研究背景

部分金属离子如镁离子、锌离子和铜离子等二价正离子，已获证明在骨组织再生中具有重要价值。然而由于我们对这些二价金属正离子促进骨骼再生的具体分子细胞学机制了解不足，大大限制了其临床应用。近年来，神经科学领域对内感受（interoception）研究兴起，大量研究成果为中枢神经系统控制体内状态提供了新认知。事实上，骨骼系统作为人体最大的器官，由大量感觉神经和交感神经与中枢神经系统互相连接；而感觉神经末梢分布在骨组织中，负责识别并传送与疼痛、温度和机械刺激有关的讯号。同时，位于下丘脑的部分核团通过调节交感神经来控制骨内稳态。然而，金属离子通过骨内感受回路诱导骨组织再生的具体角色，目前尚未明确。

研究方法及结果

为了研究中枢神经系统在金属离子促进骨骼修复中的角色，研究团队将可释放离子的水凝胶注射到小鼠骨折的股骨中。结果显示，在金属离子刺激下，巨噬细胞分泌的炎症因子，尤其是前列腺素E2（PGE2），可作为一种激活骨组织内感觉神经的炎症讯号。当传入神经感应到PGE2受体4的炎症讯号，便会将这内感受讯号传送至中枢神经系统。最后，这些讯号经脑部的交感神经系统，回传到骨骼损伤区域，并修复骨折部位。为了进一步证实相关发现，港大医学院和约翰霍普金斯大学团队利用多个基因转殖的小鼠模型来验证，结果证明早期炎症反应和相应的神经系统感受，均是组成骨内感受回路的关键部分。研究结果亦表明，金属离子诱导的骨骼修复过程，经由交感神经，由位于中枢神经系统的腹内侧下丘脑紧密调控。

研究意义

港大医学院和约翰霍普金斯大学的研究团队是全球首度汇报金属离子在骨内感受回路中调节神经、促进骨再生作用的研究者。这项研究发现骨内感受参与骨骼修复过程的作用机制，为严重骨折、骨质疏松及脑损伤患者的异位性骨化等指引了全新的临床治疗方向。与传统治疗方法相比，在骨组织内直接注射金属离子以修复骨组织，成本更低，效率更高。此外，这项研究提出以免疫—神经轴干预骨骼再生的概念，也可以启发新一代植入式生物材料的研发方向，有助进一步发挥这些二价正离子的治疗潜力。

研究团队

本研究是由香港大学李嘉诚医学院临床医学学院矫形及创伤外科学系杨伟国教授和约翰霍普金斯大学医学院曹旭教授共同领导。文章第一作者乔威博士时任杨教授团队博士后研究员，现为香港大学牙医学院临床助理教授。

鸣谢

此项研究得到香港特别行政区研究资助局优配研究金（#17214516、17207719）和香港特别行政区创新及科技基金（ITS/405/18）的支持。