活性氧（ROS）介导的氧化还原失衡是导致病理性骨丢失的重要因素，开发ROS清除纳米催化剂成为调控氧化还原平衡与骨稳态的创新策略。

近期，四川大学科研院院长吴尧团队在Composites Part B:Engineering期刊上发表题为“Manganese empowered electronic modulated nanocatalysts facilitate bone reconstruction via osteoclastogenesis inhibition and osteogenesis activation bistimulatory strategy”的研究文章。研究通过锰（Mn）原子调制策略调整氧化铈纳米催化剂的电子结构，显著增强其氧化还原性能和ROS清除效果。Mn@CeO2纳米催化剂不仅显著抑制了破骨细胞生成活动，还通过NF-κB和MAPK途径改善了炎症状态。外源性补充锰元素可以通过Wnt/β-catenin途径促进成骨细胞的激活。体外和体内实验均表明，这种双促进策略通过巨噬细胞极化、抑制破骨细胞生成和激活成骨细胞，显著促进了病理性骨重建。拜谱生物为该研究提供了转录组学检测分析服务。

英文标题：Manganese empowered electronic modulated nanocatalysts facilitate bone reconstruction via osteoclastogenesis inhibition and osteogenesis activation bistimulatory strategy（Composites Part B:Engineering IF=14.2）

中文标题：锰元素赋能的电子调制纳米催化剂通过抑制破骨细胞生成与激活成骨作用的双刺激策略促进骨重建

客户单位：四川大学生物医学工程学院

研究材料：rBMSCs（大鼠骨髓间充质干细胞）

拜谱提供技术：转录组学

技术路线：

研究结果

1、锰影响氧化铈电子结构、催化活性

通过扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）探究锰掺杂对纳米催化剂电子结构、氧空位及晶格形态的调控作用（图1 A-I）。评估不同元素掺杂剂在氧化铈材料中的活性氧清除活性，发现锰掺杂的氧化铈材料表现出最高的超氧化物歧化酶（SOD）催化活性，并探究了最佳掺杂比例。

图1 锰影响氧化铈电子结构、催化活性

2、G-MCe的制备并探究体外作用效果

以生物相容性明胶和透明质酸为前体，采用EDC·NHS活化促进明胶的自交联以及与透明质酸的双重交联，从而形成GHA水凝胶。将二氧化铈（CeO2）和Mn@CeO2掺入GHA中，制备出复合水凝胶G-Ce和G-MCe并检测其表征（图2 A-B）。体外实验发现其抑制了M1极化并促进M2极化（图2 C-D）。具有过氧化氢清除能力和氧化应激保护作用，而且G-MCe的效果更为突出（图 2I-J）。

图2 G-MCe的制备并探究体外作用效果

3、G-MCe在体外恢复骨稳态

通过免疫荧光、ALP/ARS染色、TRAP染色、F-肌动蛋白染色和RT-qPCR等技术证明：G-MCe在蛋白水平上促进成骨分化的能力（图3 A-B），且抑制RANKL诱导的破骨细胞生成（图3 C-D）。

图3 G-MCe在体外恢复骨稳态

4、G-MCe成骨性能的转录组学分析

相较于G-Ce，G-MCe表现出更显著的成骨功效，这可能归因于锰元素的成骨特性。在成骨培养条件下将rBMSCs与G-Ce及G-MCe提取物共孵育7天，并进行 转录组学分析：G-MCe处理上调了732个基因，下调了693个基因（图4 A)，包括成骨标志物Runx2、Smad1、Col1a1、Bmpr等（图4 B）。GO和KEGG分析显示G-MCe组中Wnt信号通路被激活（图4 D-E）。并通过WB进行关键蛋白验证，证实G-MCe可通过激活经典Wnt/β-catenin通路促进骨形成（图4 F），并在卵巢切除大鼠（OVX大鼠）中证实了其在体内的骨再生促进作用。

图4 G-MCe成骨性能的转录组学分析

文章小结

本研究开发了一种骨微生态调控水凝胶G-MCe，通过整合炎症微环境与骨稳态恢复机制，有效应对骨质疏松性缺损问题（图5）。采用锰掺杂技术后，催化活性位点密度显著提升，氧化还原反应性能得到优化。该催化剂不仅能高效清除炎症环境中的活性氧（ROS），还能增强巨噬细胞的抗炎反应。

图5 G-MCe作用机制

拜谱小结

本研究通过转录组学分析精准定位了G-MCe促进成骨的关键分子通路（Wnt/β-catenin），阐明了Mn掺杂的特异性调控机制。该研究成果中拜谱生物为其提供转录组学检测分析服务。拜谱生物作为一家国内领先的多组学服务公司，可提供完善成熟的蛋白质组学、修饰蛋白质组学、代谢组学、转录组学等多组学产品技术服务体系，整合多组学数据进行深入挖掘分析，全面解析机制机理等，助力高分文章发表。

参考文献：

Liu S , Lu M , Zhang M ,et al.Manganese empowered electronic modulated nanocatalysts facilitate bone reconstruction via osteoclastogenesis inhibition and osteogenesis activation bistimulatory strategy[J].Composites Part B,2025,298.DOI:10.1016/j.compositesb.2025.112364.