1月15日，中國(guó)科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心（生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所）鄒衛(wèi)國(guó)研究員在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Nature Communications上在線發(fā)表文章“Mechanical sensing protein PIEZO1 regulates bone homeostasis via osteoblast-osteoclast crosstalk”。該研究報(bào)道了機(jī)械力敏感通道蛋白PIEZO1在成骨系細(xì)胞中通過YAP調(diào)控胞外基質(zhì)，進(jìn)而抑制破骨細(xì)胞的形成，維持骨骼重塑穩(wěn)態(tài)。

 

        人類的骨骼系統(tǒng)能夠?yàn)檎麄€(gè)身體提供機(jī)械框架。十九世紀(jì)，德國(guó)醫(yī)師和解剖學(xué)家Julius Wolff（1839-1902）提出了沃夫（Wolff）法則：指出在高壓力的區(qū)域骨頭會(huì)生長(zhǎng)，而在低壓力環(huán)境會(huì)被吸收。上世紀(jì)60年代，美國(guó)著名骨外科醫(yī)生Harold Frost在Utah Paradigm中重申了沃夫法則并首次提出了“Mechanostat”的概念： 骨骼系統(tǒng)能夠感受力學(xué)因素，并且能夠釋放出生物信號(hào)，反過來調(diào)節(jié)骨骼的生理構(gòu)造。近半個(gè)世紀(jì)以來Mechanostat只是一個(gè)概念，骨生物學(xué)領(lǐng)域內(nèi)并沒有鑒定出具體的Mechanostat分子，更沒有深入探究其具體的分子細(xì)胞機(jī)制。

 

        鄒衛(wèi)國(guó)研究組研究發(fā)現(xiàn)在成骨譜系細(xì)胞中敲除機(jī)械力敏感離子通道PIEZO1后小鼠骨量降低并發(fā)生承重骨多處自發(fā)性骨折。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)Piezo1缺陷小鼠的骨形成率變化不明顯，但是破骨細(xì)胞的骨吸收能力顯著增強(qiáng)。利用后肢懸吊模擬失重模型發(fā)現(xiàn)Piezo1缺陷小鼠對(duì)失重引起的破骨細(xì)胞活性增強(qiáng)和骨量的丟失不敏感。這些結(jié)果提示PIEZO1可通過介導(dǎo)骨中的機(jī)械力轉(zhuǎn)導(dǎo)影響成骨細(xì)胞-破骨細(xì)胞的交流。在機(jī)制上，他們的研究揭示了PIEZO1可以響應(yīng)機(jī)械應(yīng)力，調(diào)節(jié)成骨譜系細(xì)胞中基質(zhì)蛋白，主要是Col2α1和Col9α2的表達(dá)，進(jìn)而影響破骨細(xì)胞分化。除此之外，本研究還發(fā)現(xiàn)Piezo1缺陷小鼠中的YAP出核增多，增強(qiáng)YAP的活性可以促進(jìn)Col2α1和Col9α2的表達(dá)，從而回復(fù)由于成骨細(xì)胞中Piezo1缺失導(dǎo)致的破骨分化的增強(qiáng)。綜上所述，此項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)PIEZO1能夠在成骨譜系細(xì)胞中感應(yīng)機(jī)械應(yīng)力，通過YAP-膠原途徑調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞活性從而調(diào)節(jié)骨穩(wěn)態(tài)。明確提出力敏感離子通道蛋白-Piezo1是主要的Mechanostat分子。此項(xiàng)研究為了解機(jī)械應(yīng)力如何調(diào)節(jié)骨形成和骨吸收之間的平衡提供了新的思路，為廢用骨質(zhì)疏松癥的治療提供新的策略。同時(shí)，對(duì)于克服宇航員在太空旅行失重條件下的骨丟失提供了前瞻性的思考。

 

        該項(xiàng)研究工作在鄒衛(wèi)國(guó)研究員的指導(dǎo)下，由其博士研究生王麗君等人完成。該研究成果得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、中科院先導(dǎo)B項(xiàng)目以及國(guó)家航天中心等經(jīng)費(fèi)的支持。該工作的數(shù)據(jù)收集還得到了分子細(xì)胞中心公共技術(shù)服務(wù)中心動(dòng)物實(shí)驗(yàn)技術(shù)平臺(tái)、分子生物學(xué)技術(shù)平臺(tái)和細(xì)胞分析技術(shù)平臺(tái)等的支持。

       

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