2026年7月10日，浙江大学医学院附属第二医院李伟栩团队联合杭州师范大学王永杰团队，在《Nature Communications》发表题为“A circuit linking dentate gyrus and retrosplenial granular cortex regulates fracture healing in male mice”的原创研究论文。该研究以雄性小鼠为实验对象，整合神经元活性示踪、化学遗传环路操控、代谢组学、细胞功能验证与临床样本分析等多维度实验手段，首次鉴定出齿状回（DG）- 颗粒状压后皮层（RSGc）专属海马 - 皮层兴奋性神经环路，完整揭示了该环路调控骨折修复的层级机制：DG-RSGc 环路活性抑制时，机体循环神经肽Y（NPY）水平升高，进而诱导骨折病灶巨噬细胞高表达 IDO1 限速酶，催化生成大量 L - 犬尿氨酸（L-Kyn），L-Kyn 直接促进骨髓间充质干细胞成骨分化，最终加速骨痂与新生骨形成；反之环路过度激活会延缓骨折愈合。研究同时证实海马经典下游 CA3 通路不参与骨修复调控，通过上位遗传互作实验明确 DG 对骨再生的调控完全依赖下游 RSGc，借助控制性皮质撞击（CCI）脑损伤模型复刻了临床脑外伤加速骨折的分子与修复表型，并在人体血清队列验证 L-Kyn 的表达差异。该工作打通了“中枢神经环路-循环神经肽-巨噬细胞代谢-成骨再生”全新神经免疫代谢轴，从环路层面解释了经典临床脑骨交互现象，同时筛选出 NPY 受体、IDO1、L-Kyn 三类外周可干预小分子靶点，为骨折延迟愈合、骨不连的无创靶向治疗提供全新理论依据与转化方向。

01、研究方法
1.1 临床样本回顾性分析
收集单纯骨折、脑损伤合并骨折两类患者的影像学资料与血清标本，对比骨痂生长特征、血清代谢物水平，提供人体层面相关性佐证。

1.2 多层次动物模型体系
骨折模型：股骨完全横断模型用于初筛响应脑区，标准化胫骨近端皮质缺损（PTD）模型作为主体造模方案，统一损伤大小便于定量分析；

创伤脑损伤模型：控制性皮质撞击（CCI）模型模拟临床 TBI 病理状态；

转基因工具小鼠：FosTRAP2;tdTomato 可永久标记损伤激活神经元，GAD1-EGFP 特异性标记大脑抑制性神经元，CaMKIIα-Cre 实现兴奋性神经元靶向工具表达。

1.3 神经解剖示踪与环路双向操控技术
采用 AAV 顺行示踪、CTB 逆行示踪、PRV 跨多突触病毒示踪明确脑区间解剖连接；依托 DREADD 化学遗传系统，分别构建神经元抑制、激活工具，搭配 Cre-DIO 体系实现全脑区或单一投射通路精准调控；利用凋亡病毒定向损毁目标脑区神经元，补充验证可逆操控结果。

1.4 骨骼组织定性与定量检测
借助 Micro-CT 三维扫描量化新生骨相关指标；采用 H&E 组织染色直观观察骨痂组织结构；多重免疫荧光标记神经元、巨噬细胞、成骨相关蛋白，明确细胞定位。

1.5 体外细胞功能验证体系
分离骨髓间充质干细胞、成骨前体细胞、骨痂巨噬细胞；通过细胞活力检测、成骨基因转录、蛋白表达、碱性磷酸酶与矿化结节染色评价成骨能力；流式分选纯化巨噬细胞，体外培养检测代谢酶分泌水平。

1.6 代谢组学与分子检测手段
非靶向血清代谢组学大范围筛选环路抑制后的差异代谢分子；ELISA 定量检测血清、骨髓中神经肽与代谢物；Western blot 检测细胞、组织内关键功能蛋白表达。

1.7 药物阻断与回救干预实验
使用 IDO1 酶抑制剂、NPY 受体拮抗剂阻断信号通路，同时外源性补充核心分子反向回救修复表型，确认分子上下游逻辑。

1.8 标准化统计学方案
采用 GraphPad Prism 完成数据分析，依据数据分布特征选择对应检验方式，以独立小鼠或细胞批次作为生物学重复，设定统一显著性标准。

02、研究内容
2.1 骨折损伤特异性激活 DG、RSGc 兴奋性神经元
研究分别构建股骨骨折、胫骨缺损两种小鼠损伤模型，借助 FosTRAP2 工具永久标记骨折刺激下激活的神经元，结合 c-Fos 瞬时活性染色发现，两类骨折均会显著激活齿状回（DG）与颗粒状压后皮层（RSGc）脑区神经元。细胞共标实验进一步区分神经元类型，骨折诱导激活的细胞几乎全部为 CaMKIIα 阳性兴奋性神经元，几乎不存在 GAD1 标记的抑制性神经元。跨突触病毒示踪结果证明骨髓与 DG、RSGc 存在多级神经连接，初步锁定两个脑区为骨折响应核心中枢节点。

图 1：骨折愈合过程会激活齿状回（DG）内 FosTRAP/c-Fos 阳性神经元群

2.2 双向调控 DG、RSGc 神经元可独立改变骨折修复效率
研究利用 DREADD 系统分别靶向调控 DG、RSGc 内兴奋性神经元。当化学遗传抑制 DG 神经元活性时，Micro-CT 与组织染色均显示小鼠胫骨缺损处新生骨组织增多，骨折修复进程加快；反之激活 DG 神经元会显著抑制骨再生。单独针对 RSGc 神经元开展相同双向操控，得到完全一致的修复变化规律。同步设置仅注射病毒不给予药物、单纯给药无病毒两组对照，排除病毒、药物本身对骨折愈合的干扰，证实 DG、RSGc 神经元活性可独立调控骨损伤修复。
 

图 2：化学遗传抑制 DG 或 RSGc 的 CaMKIIα 阳性神经元，可加速胫骨缺损修复

2.3 特异性阻断 DG 向 RSGc 的投射通路即可加速骨折修复
为验证 DG 对骨骼的调控依赖向 RSGc 的神经投射，研究设计顺行、逆行两套 Cre-DIO 策略，仅特异性抑制 DG 轴突投射至 RSGc 的这条通路，不干预 DG 其他下游输出。两种通路靶向抑制方案均能明显提升小鼠骨再生水平，加速缺损修复。同时对海马经典下游 CA3 神经元进行相同抑制操作，未观察到任何骨修复相关改变，证明调控骨折修复是 DG-RSGc 专属通路，并非海马全部下游通路的通用效应。
 

图 3：靶向抑制 DG 投射至 RSGc 的神经通路，加速胫骨缺损修复

2.4 RSGc 激活可完全抵消 DG 抑制带来的促愈合效应
研究设置五组同步操控 DG、RSGc 的上位互作实验，仅抑制 DG 神经元时小鼠骨折愈合显著加快；若在抑制 DG 的同时持续激活下游 RSGc 神经元，原本增强的骨再生效果完全消失，骨骼修复恢复至普通水平。无药物处理的双病毒对照组未出现修复表型变化，从遗传上位实验层面证明，DG 调控骨折修复的全部功能必须依靠下游 RSGc 神经元实现，二者构成线性上下游神经环路。

图 4：共激活 RSGc 能够逆转 DG 神经元抑制诱导的骨修复加速表型

2.5 DG-RSGc 环路抑制会升高外周 L - 犬尿氨酸水平
对比 DG 抑制组与对照组小鼠血清非靶向代谢组数据，差异代谢物高度富集于色氨酸代谢通路，L - 犬尿氨酸（L-Kyn）是环路抑制后最显著上调的核心分子。在 DG 抑制、RSGc 抑制、通路特异性抑制、双脑区互作全部模型中，血清与骨髓内 L-Kyn 浓度变化均与环路活性负相关；激活 RSGc 会逆转 L-Kyn 升高趋势，CA3 抑制模型无此代谢变化。临床血清样本检测同步印证，脑损伤合并骨折患者体内 L-Kyn 水平高于单纯骨折人群。
 

图 5：抑制 DG-RSGc 神经环路会升高血清与骨髓中的 L - 犬尿氨酸

2.6 L-Kyn 可直接促进成骨分化，挽救延迟修复表型
体外细胞实验证实，L-Kyn 不会损伤骨髓干细胞存活能力，但可显著上调成骨相关基因与蛋白表达，提升碱性磷酸酶活性与矿化结节生成，且该促分化效应在成骨前体细胞中可重复，同时不会影响破骨细胞生成。体内回救实验中，持续激活 DG 造成骨折愈合延迟的小鼠，外源性补充 L-Kyn 能够有效提升缺损处新生骨量，部分逆转修复障碍，直接证明 L-Kyn 是促进骨再生的效应分子。

图6：L - 犬尿氨酸促进骨髓基质细胞成骨分化，并逆转 DG 激活导致的骨折愈合延迟

2.7 骨痂巨噬细胞 IDO1 是 L-Kyn 生成的关键限速酶
流式分选骨折修复区域巨噬细胞，DG 抑制组巨噬细胞内 IDO1 蛋白表达显著升高，体外培养后释放的 L-Kyn 更多。组织免疫荧光染色显示，骨痂修复微环境中大量巨噬细胞共表达 IDO1 蛋白。向 DG 抑制小鼠注射 IDO1 特异性抑制剂后，环路抑制带来的加速愈合表型完全消失，证明巨噬细胞 IDO1 是连接中枢环路与外周 L-Kyn 生成的核心介质。

图7：齿状回神经元抑制诱导骨痂巨噬细胞表达 IDO1，驱动 L - 犬尿氨酸合成加速骨折修复

2.8 NPY-IDO1-L-Kyn 构成完整外周效应信号轴
多模型 ELISA 检测显示，DG-RSGc 环路抑制后，血清、骨髓内神经肽 Y（NPY）同步上调，激活 RSGc 可逆转 NPY 升高趋势。体外巨噬细胞培养发现，NPY 处理可上调 IDO1 表达、提升 L-Kyn 分泌，该效应可被 NPY-Y1 受体拮抗剂阻断。体内四段式回救实验明确分子上下游顺序：阻断 NPY 信号会消除环路抑制的促愈合效果，在此基础上补充外源 L-Kyn 可重新恢复骨再生优势，完整确立 “环路抑制→NPY 升高→巨噬细胞 IDO1 上调→L-Kyn 积累→成骨增强” 的传导链条。

图8：神经肽 NPY 通过巨噬细胞 IDO1-L - 犬尿氨酸通路介导 DG-RSGc 环路抑制后的骨折修复加速

2.9 TBI 脑损伤模型复刻整套分子与修复特征
依托 CCI 脑损伤小鼠模拟临床患者病理状态，合并胫骨缺损后，小鼠骨折修复速度明显提升，血清与骨髓中 NPY、L-Kyn 同步升高，完整复刻 DG-RSGc 环路抑制后的外周分子特征，从动物层面解释脑外伤加速骨折的临床现象。

03、创新点
3.1 首次鉴定特异性调控骨折再生的 DG-RSGc 海马皮层环路
过往中枢 - 骨骼研究均聚焦下丘脑调控基础骨稳态，本文首次区分骨骼稳态与损伤修复两套中枢调控体系，定位仅针对骨折再生发挥作用的 DG-RSGc 兴奋性神经环路，填补损伤修复专属脑环路的研究空白，同时推翻海马下游 CA3 参与骨修复的固有猜想。

3.2 构建贯通中枢神经与骨骼再生的多层级调控通路
文章串联大脑环路活性、循环神经肽、骨折局部巨噬细胞、色氨酸代谢、成骨干细胞五层调控环节，搭建完整神经免疫代谢轴，完整阐明远距离脑骨交互的分子传导逻辑，建立全新跨器官调控研究范式。

3.3 从环路因果层面解释百年临床脑骨交互难题
既往临床现象仅存在相关性描述，缺乏因果机制支撑，本研究结合转基因小鼠环路精准操控、独立 TBI 动物模型、人体血清样本三重证据，完整解析脑外伤加快骨折愈合的底层机制，实现临床观察到基础机制的闭环论证。

3.4 提出外周可靶向的骨折修复干预靶点
区别于需要侵入式操作的中枢神经靶点，本研究证实 NPY 受体、IDO 酶、L-Kyn 均为外周可调控介质，仅通过腹腔给药即可改变骨折修复效率，为骨不连、延迟愈合提供低侵入性转化治疗方向。

3.5 多工具多层级证据链实现环路因果严谨论证
研究融合神经元活性标记、多重病毒示踪、化学遗传双向操控、通路特异性干预、上位遗传互作、细胞药物回救多类技术，逐层排除假阳性干扰，形成无漏洞的因果证据链，为神经环路功能研究提供标准化论证模板

04、启发
4.1 临床特殊现象是优质转化医学选题来源
整篇研究起源于骨科临床长期观察到的反常愈合特征，以临床真实问题为切入点开展基础机制挖掘，最终落地可用于临床干预的分子靶点，兼顾基础创新性与临床实用价值，规避脱离临床需求的纯机制研究。

4.2 跨器官交互研究需要融合多学科技术手段
脑骨交互同时涉及神经解剖、动物造模、骨科影像学、免疫学、代谢组学、细胞生物学多个领域，单一学科技术无法完整拆解调控通路，研究提示远距离器官互作课题需要整合多平台实验方法，搭建多层次证据体系。

4.3 环路功能论证必须配套分层对照排除干扰
文章针对病毒表达、药物作用、非特异性海马输出均设置平行对照组，同时区分全脑区操控、单一通路操控两种实验体系，通过 CA3 阴性对照排除非特异效应，说明高分神经环路研究必须设计多层对照，保障结论严谨可靠。

4.4 分子机制解析遵循 “筛选 - 体外验证 - 体内回救” 标准逻辑
研究先依靠无偏向代谢组学锁定差异分子，再在细胞层面验证分子直接功能，最后通过体内药物阻断、外源补充反向确认上下游顺序，这套递进式验证思路适用于所有代谢、神经肽相关机制课题。

4.5 同一脑区不同下游通路具备完全独立生理功能
海马 DG 存在多条经典下游投射，但仅 DG-RSGc 轴调控骨折修复，CA3 通路无相关作用，提示大脑同一神经元集群可通过不同轴突输出介导完全无关的生理过程，不能依靠已知通路直接推导新病理表型。

4.6 基础机制研究需同步兼顾科学解释与转化价值
文章在拆解基础神经免疫代谢通路的全程中，持续评估 NPY、IDO1、L-Kyn 的外周给药潜力，不局限于单纯科学问题解答，同步产出可落地的临床干预思路，体现基础医学服务临床诊疗的核心研究意义。

参考文献：
Zhang, W., Zhang, W., Guo, Y. et al. A circuit linking dentate gyrus and retrosplenial granular cortex regulates fracture healing in male mice. Nat Commun (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-75340-x

作者介绍：
鲁明 教授：博士，博士生导师，南京医科大学研究生院副院长、教授，长期从事医学教育与药理学研究。

主要从事神经药理学研究，提出干预外周炎症实现神经退行性疾病治疗窗前移的策略。

胡刚 教授：医学博士，博士生导师，现任第十四届全国政协常委，江苏省政协副主席，民盟中央常委，民盟江苏省委会主委。
主要从事重大神经精神疾病（神经退行性疾病、脑卒中、抑郁症等）的病理机制与药物药理学研究。
曹磊 副教授：博士，硕士生导师
研究方向：帕金森病的病理机制研究与药物靶点发现。

厚谱实验室（脑体互作研究一神经药效评价）可以开展活体动物组织小分子物质取样分析、自动无接触采血生化分析、葡萄糖钳夹实验、癫病睡眠脑电采集分析、在体电生理记录分析、膜片钳、灵长类电极植入手术及教学、非人灵长类台柱植入手术及教学、大动物颅内注射实验(用于验证医疗器械，脑药实验)、电极研究方向的动物实验验证、脑机相关技术方案解决、脑机手术相关装置设计(比如电极保护接口，设备辅助植入支架等)、小动物肌电采集电极设计手术教学、大鼠脊髓损伤康复验证实验电生大动物脑机闭环设备植入和安全性验证、神经递质代谢产物活体分析、脑立体定位给药、光遗传和光纤记录、组织透明化、小动物行为学迷宫和造模等各种实验，已经与多家知名高校和科研机构完成项目申报和联合实验！ 
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