3、镁是细胞“产能”的核心要素
众所周知，ATP（adenosine triphosphate，三磷酸腺苷）是细胞内能量代谢的核心载体，通过其高能磷酸键的断裂与形成，实现能量的释放、转移和利用，为生物体各项生命活动（如物质合成、肌肉收缩、主动运输等）直接供能，是连接能量产生与消耗的关键分子。ATP 的稳定与活化离不开镁的存在。细胞内“可用的ATP”并非游离形式，而是以 Mg-ATP复合物（Mg-ATP complex，图1）参与反应，是ATP酶的真实底物，且催化过程中还需第二个Mg2+位点的辅助作用[6]。此外，ATP 分子上的三个磷酸基团带有高密度负电荷，彼此排斥，镁离子通过配位作用中和部分负电荷，使分子构象更稳定。Mg2+不仅是结构稳定剂，还能影响 ATP 的亲核性和磷酸转移速率，对能量代谢中的动力学参数有重要作用[7]。镁的血清浓度（ 0.7至1.1 mmol/L）受肠道吸收与肾排泄精细调控，这种系统稳态保障了Mg-ATP复合物在细胞代谢中的持续可用性[8]。
其次，镁元素的缺乏是多种代谢性疾病的诱因。根据2024年医学顶刊《新英格兰医学杂志》的报道[9]：3%-10%的普通人群存在低镁血症，而2型糖尿病患者（10%-30%）和住院患者（10%-60%）的发病率更高，尤其是重症监护室的患者，其发病率超过65%。多个队列研究表明，低镁血症与全因死亡风险增加及心血管疾病相关死亡风险增加有关[10, 11]。Dibaba等人在2014年发表的文章中，荟萃分析了24473名参与者的数据，发现饮食镁摄入量与代谢综合征（metabolic syndrome，MetS）呈显著负相关：最高与最低镁摄入组相比，相对风险比为 0.69（95% CI 0.59–0.81）；每额外摄入100 mg每天，MetS风险下降约17%（OR=0.83, 95%CI 0.77–0.89）[12]。Pelczyńska等人在2022年的综述中指出，慢性低镁参与包括肥胖、胰岛素抵抗、2 型糖尿病、高血压、脂质代谢异常和慢性低度炎症等多重代谢障碍的发病过程[13]。镁摄入足够与否，对限制脂肪积累、改善胰岛素与葡萄糖代谢、增强血管内皮功能、调节血脂和抑制炎症都有潜在积极作用。Piuri等2021年提出，正确的镁摄入模式有助于改善代谢综合征相关指标，包括降低血压、改善高血糖与高甘油三酯水平[14]。
4、镁强劲“赋能”骨修复过程
镁可以激活多种细胞的能量活力，免受高糖、低氧环境的影响，大大加速骨愈合能力。一项大鼠的研究表明：低镁饮食会导致血清甲状旁腺激素（parathyroid hormone，PTH）显著水平升高，同时全身骨量减少、皮质骨厚度降低，植入体内的种植体移除扭矩值降低[15]。临床前研究表明，外源性镁的加入可以激活干细胞线粒体功能，提高ATP能量产出。上交九院的Lin等人发现Mg2+通过多种能量代谢途径增强BMP-2的成骨活性：（1）Mg2+通过激活骨髓间充质干细胞（Bone Marrow Stem Cell，BMSC）中的Akt信号通路，促进糖酵解关键酶（如己糖激酶、磷酸果糖激酶）的活性，加速葡萄糖分解，快速生成ATP；（2）Mg2+通过线粒体膜上的Mrs2（mitochondrial RNA splicing 2），促进Mg2+进入线粒体，优化线粒体呼吸链复合体活性，提升氧化磷酸化效率，增加能量产出；（3）Mg2+协同 BMP-2 信号，不仅直接提升能量供应，还通过增强能量代谢状态，放大BMP-2对成骨相关基因（如 Runx2、Osterix）的激活作用，促进成骨分化[16]。Sun等人的体外研究表明：采用10 mM浓度的镁离子（Mg2+）处理衰老的BMSCs，无论是长期处理（从3代传至9代）还是短期处理（约72 h），均能显著改善其线粒体功能：使线粒体跨膜电位（ΔΨm）显著恢复，接近年轻P3代BMSCs水平；提升细胞内ATP含量，虽未完全恢复至年轻细胞水平，但较未处理的衰老细胞有统计学意义上的明显增加；同时减少活性氧（ROS）生成，降低幅度达统计学显著水平[17]。
除了骨髓间充质干细胞，镁离子对神经源性细胞和巨噬细胞也有能量调节作用。香港中文大学秦岭教授团队联合内地及国际合作者研究发现，将超纯镁髓内钉固定物植入大鼠股骨远端后，其周围皮质区域形成了大量新骨；同时，在股骨周围皮质及同侧背根神经节中，神经元来源的降钙素基因相关肽（Calcitonin gene-related peptide，CGRP）水平显著升高。体外实验进一步证实，镁离子可通过增加大鼠背根神经节神经元内的 ATP 浓度，促进肌动蛋白聚合，进而推动突触囊泡向神经末梢聚集，最终促进CGRP的释放，参与骨形成调控[18]。在另一项研究中[19]，当巨噬细胞（THP1衍生的巨噬细胞）暴露于不同浓度的Mg2+时，细胞内ATP水平随Mg2+浓度升高而增加。这表明Mg2+可促进巨噬细胞的能量代谢活性，可能与其激活巨噬细胞功能（如吞噬、细胞因子分泌等）相关，为巨噬细胞在骨修复早期的免疫调节作用提供能量支持。
糖尿病患者的高血糖显著损害血管生成，阻碍成骨相关细胞获得氧气和营养物质，延迟骨愈合。Liu等人在《International Journal of Oral Science》杂志上的研究表明[20]：（1）在高糖环境下，血管内皮细胞的增殖能力受到显著抑制，而5 mmol/L的Mg2+能有效促进高糖环境下内皮细胞的增殖、迁移、成管；（2）高糖环境会导致内皮细胞内氧化应激水平升高，尤其是线粒体活性氧（reactive oxygen species，ROS）积累，而Mg2+能降低高糖环境下内皮细胞的氧化应激水平，减少线粒体 ROS 的积累，改善受损的线粒体质量，提高超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）的活性。（3）体内实验表明，Mg涂层种植体能够促进糖尿病状态下受抑制的血管化和骨整合，对糖尿病小鼠的种植体骨整合有积极作用。
写在最后
据小编所知，精诚医学的含镁可降解高分子骨修复材料（博骼列®，国械注准20253130952）是市售唯一一款含有活性镁成分的骨修复材料。得益于镁元素在机体的能量代谢过程中发挥着重要作用，含镁的骨修复材料有望帮助患有基础代谢性疾病患者的骨缺损修复。
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参考文献
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