Macrophage-derived extracellular vesicles regulate skeletal stem/progenitor Cell lineage fate and bone deterioration in obesity

祖细胞 脂肪生成 细胞生物学 骨髓 干细胞 脂肪细胞 化学 内分泌学 间充质干细胞 内科学 脂肪组织 医学 生物
作者
Chen He,Hu Chen,Wenzhen He,Yuchen Sun,Yangzi Jiang,Ling Liu,Jing Hou,Kaixuan Chen,Yurui Jiao,Mei Huang,Min Huang,Mi Yang,Qiong Lu,Jie Wei,Chao Zeng,Guanghua Lei,Changjun Li
出处
期刊:Bioactive Materials [Elsevier BV]
卷期号:36: 508-523 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.bioactmat.2024.06.035
摘要

Obesity-induced chronic inflammation exacerbates multiple types of tissue/organ deterioration and stem cell dysfunction; however, the effects on skeletal tissue and the underlying mechanisms are still unclear. Here, we show that obesity triggers changes in the microRNA profile of macrophage-secreted extracellular vesicles, leading to a switch in skeletal stem/progenitor cell (SSPC) differentiation between osteoblasts and adipocytes and bone deterioration. Bone marrow macrophage (BMM)-secreted extracellular vesicles (BMM-EVs) from obese mice induced bone deterioration (decreased bone volume, bone microstructural deterioration, and increased adipocyte numbers) when administered to lean mice. Conversely, BMM-EVs from lean mice rejuvenated bone deterioration in obese recipients. We further screened the differentially expressed microRNAs in obese BMM-EVs and found that among the candidates, miR-140 (with the function of promoting adipogenesis) and miR-378a (with the function of enhancing osteogenesis) coordinately determine SSPC fate of osteogenic and adipogenic differentiation by targeting the Pparα-Abca1 axis. BMM miR-140 conditional knockout mice showed resistance to obesity-induced bone deterioration, while miR-140 overexpression in SSPCs led to low bone mass and marrow adiposity in lean mice. BMM miR-378a conditional depletion in mice led to obesity-like bone deterioration. More importantly, we used an SSPC-specific targeting aptamer to precisely deliver miR-378a-3p-overloaded BMM-EVs to SSPCs via an aptamer-engineered extracellular vesicle delivery system, and this approach rescued bone deterioration in obese mice. Thus, our study reveals the critical role of BMMs in mediating obesity-induced bone deterioration by transporting selective extracellular-vesicle microRNAs into SSPCs and controlling SSPC fate.
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