DOI: https://doi.org/10.1038/s41536-026-00481-y
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42209513
تاريخ النشر: 2026-05-28
المؤلف: Sandra Dieterich وآخرون
الموضوع الرئيسي: الخلايا المناعية في السرطان
نظرة عامة
في هذه الدراسة، قام المؤلفون بالتحقيق في دور إشارات مستقبلات الأدرينالين β2 (Adrb2) في تجنيد العدلات وشفاء العظام في الفئران المصابة بهشاشة العظام بعد كسر. وقد لوحظ أن الفئران المصابة بهشاشة العظام أظهرت تأخيرًا في الشفاء، وهو ما يتوافق مع زيادة الالتهاب الجهازي وزيادة عدد العدلات في الهيماتوم المبكر الناتج عن الكسر. لاستكشاف الفرضية القائلة بأن تثبيط إشارات Adrb2 يمكن أن يعيد تجنيد العدلات إلى طبيعته ويعزز شفاء العظام، قام الباحثون بإنشاء حذف شرطي لمستقبلات Adrb2 في العدلات Ly6G⁺ باستخدام فئران Ly6G-Cre Adrb2-flox.
أظهر تحليل العظام والأنماط المناعية من خلال التصوير المقطعي المحوسب (µCT) وعلم الأنسجة أن كل من الفئران Ly6G-Adrb2 knockout غير المصابة بهشاشة العظام والمصابة بها عانت من ضعف في شفاء العظام مقارنة بالمجموعات الضابطة، على الرغم من أنه تم ملاحظة تغييرات طفيفة في العظام في ظل ظروف عدم الكسر. أشار تسلسل RNA للعدلات المعزولة إلى انخفاض في تنشيط العدلات وت disrupted التفاعلات بين العدلات وخلايا الصارية في غياب إشارات Adrb2. تؤكد هذه النتائج على أهمية إشارات Adrb2 في تجنيد العدلات ودورها الحاسم في تسهيل شفاء العظام الفعال.
طرق البحث
في هذه الدراسة، استخدم المؤلفون تصميمًا تجريبيًا من جزئين للتحقيق في أنماط العظام والمناعة في الفئران الذكور Cre + وCre -، بالإضافة إلى شفاء العظام في الفئران الإناث التي خضعت لاستئصال المبيض (OVX) لنمذجة هشاشة العظام بعد انقطاع الطمث. تم euthanized الفئران الذكور في عمر 12 أسبوعًا، وخضعت لتحليل μCT، وعلم الأنسجة، وتدفق الخلايا لتقييم خصائصها العظمية والمناعية. تم استخدام الفئران الإناث لإجراء جراحة قطع العظام، حيث تم تحليل الفخذ المقابل عبر μCT لتقييم نمط العظام.
في الجزء الثاني، خضعت الفئران الإناث التي تبلغ من العمر اثني عشر أسبوعًا إما لعملية وهمية أو استئصال المبيض الثنائي لتحفيز هشاشة العظام. تم الحفاظ على التخدير باستخدام isoflurane، وتم توفير مسكنات الألم من خلال الترامادول في مياه الشرب. بعد الجراحة، تم تعديل النظام الغذائي لتقليل محتوى الفيتواستروجين. تم إجراء قطع عرضي أحادي للفخذ الأيمن بعد أربعة أسابيع من الجراحة، وتم تثبيته باستخدام مثبت خارجي. تم euthanized الفئران في الأيام 3 و21 بعد قطع العظام لإجراء مزيد من التحليلات، بما في ذلك μCT، وعلم الأنسجة، وصبغ المناعية، لتقييم عملية الشفاء.
النتائج
في هذه الدراسة، تم تقييم الأنماط المناعية والعظمية للفئران الذكور Ly6G-Cre/Adrb2-flox التي تبلغ من العمر 12 أسبوعًا لتحديد تأثيرات حذف Adrb2 (KO) في ظل ظروف عدم الكسر. أظهر تحليل خلايا المناعة عدم وجود اختلافات كبيرة في مجموعات خلايا المناعة المختلفة بين الفئران Adrb2 KO والفئران الضابطة. أشار تصنيف العظام إلى أن المعلمات الرئيسية مثل طول الفخذ، والحمولة القصوى للفشل، وصلابة الانحناء، وخصائص العظام الإسفنجية لم تتأثر بالحذف. ومع ذلك، أظهرت الفئران الذكور Cre+ زيادة في كثافة المعادن في الأنسجة الإسفنجية وسمك القشرة مقارنة بأقرانهم Cre-.
شملت التحقيقات الإضافية الفئران الإناث التي تبلغ من العمر 12 أسبوعًا والتي خضعت لاستئصال المبيض (OVX) لتحفيز نمط هشاشة العظام. أظهر تحليل μCT أن OVX أدى إلى انخفاضات كبيرة في حجم العظام وعدد العظام الإسفنجية، مما يؤكد الحالة الهشة بغض النظر عن النمط الجيني. ومن الجدير بالذكر أن نتائج شفاء العظام بعد 21 يومًا من الجراحة أظهرت تأخيرًا في الشفاء في الفئران Cre+، مع انخفاض في حجم العظام وزيادة في الأنسجة الضامة في فجوة الكسر مقارنة بنظرائهم Cre-. أشار تسلسل RNA للعدلات إلى أن حذف Adrb2 غير تعبير الجينات، مما يؤثر بشكل خاص على المسارات المتعلقة بتفاعلات العدلات وخلايا الصارية. بالإضافة إلى ذلك، لوحظ انخفاض في تجنيد العدلات وعدد خلايا الصارية في الفئران Cre+، مما يشير إلى أن حذف Adrb2 المحدد للعدلات قد يعيق الشفاء من خلال آلية غير معروفة.
المناقشة
هدفت الدراسة إلى استكشاف دور حذف جين Adrb2 المحدد للعدلات في توازن العظام والشفاء، خاصة في ظل ظروف هشاشة العظام. على عكس الفرضية القائلة بأن حذف Adrb2 سيعزز شفاء العظام من خلال تقليل تجنيد العدلات، كشفت النتائج أن هذا التعديل الجيني أدى إلى تأثير إيجابي معتدل على العظام السليمة في الفئران الذكور، يتميز بزيادة في سمك القشرة وعدد الخلايا العظمية. ومع ذلك، تأخر شفاء العظام بشكل كبير في كل من الظروف غير الهشة والهشة، مما يشير إلى أن إشارات Adrb2 في العدلات ضرورية للإصلاح الفعال للعظام. ومن الجدير بالذكر أن حذف Adrb2 المحدد للعدلات لم يمنع تطور هشاشة العظام، مما يشير إلى أن الإشارات الأدرينالية في العدلات لا تساهم في هذه الحالة، على الرغم من أنها حاسمة في الخلايا العظمية.
أشارت التحليلات الإضافية إلى أن تنشيط العدلات وتفاعلاتها مع خلايا الصارية كانت مضطربة في الفئران التي تفتقر إلى Adrb2، مما أدى إلى ضعف شفاء العظام. حددت الدراسة العديد من الجينات المعبر عنها بشكل مختلف في العدلات بعد الحذف، بما في ذلك Jak3 وCcr10، والتي تشارك في تنشيط العدلات والاستجابة المناعية. على الرغم من انخفاض عدد خلايا الصارية في الكالس الناتج عن الكسر في الفئران Cre+، استمر تأخر شفاء العظام، مما يشير إلى أن التفاعل المتوازن بين العدلات وخلايا الصارية أمر حيوي لتجديد العظام الناجح. تؤكد النتائج على تعقيد تفاعلات خلايا المناعة في شفاء العظام وتسلط الضوء على الحاجة إلى مزيد من التحقيق في الآليات الجزيئية التي تكمن وراء هذه العمليات. تشمل قيود الدراسة التأثيرات المحتملة لنموذج Ly6G-Cre على خلايا أخرى مشتقة من النخاع وغياب بعض مجموعات التحكم، مما يتطلب النظر في ذلك في الأبحاث المستقبلية.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41536-026-00481-y
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42209513
Publication Date: 2026-05-28
Author(s): Sandra Dieterich et al.
Primary Topic: Immune cells in cancer
Overview
In this study, the authors investigate the role of β2-adrenoreceptor (Adrb2) signaling in neutrophil recruitment and bone healing in osteoporotic mice following a fracture. They observed that osteoporotic mice exhibited delayed healing, which correlated with heightened systemic inflammation and increased neutrophil numbers in the early fracture hematoma. To explore the hypothesis that inhibiting Adrb2 signaling could normalize neutrophil recruitment and enhance bone healing, the researchers generated a conditional Adrb2 knockout in Ly6G⁺ neutrophils using Ly6G-Cre Adrb2-flox mice.
The analysis of bone and immune phenotypes through micro-computed tomography (µCT) and histology revealed that both non-osteoporotic and osteoporotic Ly6G-Adrb2 knockout mice experienced impaired bone healing compared to control groups, although only minor bone changes were noted under non-fracture conditions. RNA sequencing of isolated neutrophils indicated a reduction in neutrophil activation and disrupted interactions between neutrophils and mast cells in the absence of Adrb2 signaling. These findings underscore the significance of Adrb2 signaling in neutrophil recruitment and its critical role in facilitating effective bone healing.
Methods
In this study, the authors employed a two-part experimental design to investigate bone and immune phenotypes in male Cre + and Cre – mice, as well as bone healing in female mice subjected to ovariectomy (OVX) to model postmenopausal osteoporosis. Male mice, euthanized at 12 weeks of age, underwent μCT analysis, histology, and flow cytometry to assess their bone and immune characteristics. Female mice were used for osteotomy surgeries, with the contralateral femur analyzed via μCT to evaluate bone phenotype.
In the second part, twelve-week-old female mice underwent either a sham operation or bilateral OVX to induce osteoporosis. Anesthesia was maintained with isoflurane, and analgesia was provided through tramadol in drinking water. Following surgery, the diet was modified to reduce phytoestrogen content. A unilateral transverse osteotomy of the right femur was performed four weeks post-surgery, stabilized with an external fixator. Mice were euthanized on days 3 and 21 post-osteotomy for further analyses, including μCT, histology, and immunohistochemical staining, to assess the healing process.
Results
In this study, the immune and bone phenotypes of 12-week-old male Ly6G-Cre/Adrb2-flox mice were evaluated to determine the effects of Adrb2 knockout (KO) under non-fracture conditions. Immune cell analysis revealed no significant differences in various immune cell populations between Adrb2 KO and control mice. Bone phenotyping indicated that key parameters such as femur length, maximal load to failure, bending stiffness, and trabecular characteristics remained unaffected by the KO. However, Cre+ male mice exhibited increased trabecular tissue mineral density and cortical thickness compared to their Cre- littermates.
Further investigations involved 12-week-old female mice subjected to ovariectomy (OVX) to induce an osteoporotic phenotype. μCT analysis demonstrated that OVX led to significant reductions in bone volume and trabecular number, confirming the osteoporotic condition irrespective of genotype. Notably, bone healing outcomes 21 days post-surgery showed delayed healing in Cre+ mice, with reduced bone volume and increased connective tissue in the fracture gap compared to Cre- counterparts. RNA sequencing of neutrophils indicated that Adrb2 deletion altered gene expression, particularly affecting pathways related to neutrophil and mast cell interactions. Additionally, a reduction in neutrophil recruitment and mast cell numbers was observed in Cre+ mice, suggesting that neutrophil-specific Adrb2 deletion may impair healing through an unknown mechanism.
Discussion
The study aimed to explore the role of neutrophil-specific deletion of the Adrb2 gene in bone homeostasis and healing, particularly under osteoporotic conditions. Contrary to the hypothesis that Adrb2 deletion would enhance bone healing by reducing neutrophil recruitment, findings revealed that this genetic modification led to a moderate positive effect on intact bone in male mice, characterized by increased cortical thickness and osteocyte numbers. However, bone healing was significantly delayed in both non-osteoporotic and osteoporotic conditions, indicating that Adrb2 signaling in neutrophils is crucial for effective bone repair. Notably, neutrophil-specific Adrb2 knockout did not prevent the development of osteoporosis, suggesting that adrenergic signaling in neutrophils does not contribute to this condition, although it is critical in osteoblasts.
Further analysis indicated that neutrophil activation and their interaction with mast cells were disrupted in Adrb2-deficient mice, leading to impaired bone healing. The study identified several differentially expressed genes in neutrophils post-knockout, including Jak3 and Ccr10, which are involved in neutrophil activation and immune response. Despite a reduction in mast cell numbers in the fracture callus of Cre+ mice, delayed bone healing persisted, suggesting that a balanced interaction between neutrophils and mast cells is vital for successful bone regeneration. The findings underscore the complexity of immune cell interactions in bone healing and highlight the need for further investigation into the molecular mechanisms underlying these processes. Limitations of the study include the potential effects of the Ly6G-Cre model on other myeloid-derived cells and the absence of certain control groups, which warrant consideration in future research.