1月15日，中國科學(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)國研究員在國際學(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€身體提供機(jī)械框架。十九世紀(jì)，德國醫(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)域骨頭會生長，而在低壓力環(huán)境會被吸收。上世紀(jì)60年代，美國著名骨外科醫(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，反過來調(diào)節(jié)骨骼的生理構(gòu)造。近半個世紀(jì)以來Mechanostat只是一個概念，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，對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家自然科學(xué)基金委、中科院先導(dǎo)B項(xiàng)目以及國家航天中心等經(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)中心動物實(shí)驗(yàn)技術(shù)平臺、分子生物學(xué)技術(shù)平臺和細(xì)胞分析技術(shù)平臺等的支持。

       

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