邹卫国研究组发现解剖学Wolff法则关键分子 骨骼稳态调控研究取得重大进展

        1月15日，中国科学院分子细胞科学卓越创新中心（生物化学与细胞生物学研究所）邹卫国研究员在国际学术期刊Nature Communications上在线发表文章“Mechanical sensing protein PIEZO1 regulates bone homeostasis via osteoblast-osteoclast crosstalk”。该研究报道了机械力敏感通道蛋白PIEZO1在成骨系细胞中通过YAP调控胞外基质，进而抑制破骨细胞的形成，维持骨骼重塑稳态。

 

        人类的骨骼系统能够为整个身体提供机械框架。十九世纪，德国医师和解剖学家Julius Wolff（1839-1902）提出了沃夫（Wolff）法则：指出在高压力的区域骨头会生长，而在低压力环境会被吸收。上世纪60年代，美国著名骨外科医生Harold Frost在Utah Paradigm中重申了沃夫法则并首次提出了“Mechanostat”的概念： 骨骼系统能够感受力学因素，并且能够释放出生物信号，反过来调节骨骼的生理构造。近半个世纪以来Mechanostat只是一个概念，骨生物学领域内并没有鉴定出具体的Mechanostat分子，更没有深入探究其具体的分子细胞机制。

 

        邹卫国研究组研究发现在成骨谱系细胞中敲除机械力敏感离子通道PIEZO1后小鼠骨量降低并发生承重骨多处自发性骨折。进一步分析发现Piezo1缺陷小鼠的骨形成率变化不明显，但是破骨细胞的骨吸收能力显著增强。利用后肢悬吊模拟失重模型发现Piezo1缺陷小鼠对失重引起的破骨细胞活性增强和骨量的丢失不敏感。这些结果提示PIEZO1可通过介导骨中的机械力转导影响成骨细胞-破骨细胞的交流。在机制上，他们的研究揭示了PIEZO1可以响应机械应力，调节成骨谱系细胞中基质蛋白，主要是Col2α1和Col9α2的表达，进而影响破骨细胞分化。除此之外，本研究还发现Piezo1缺陷小鼠中的YAP出核增多，增强YAP的活性可以促进Col2α1和Col9α2的表达，从而回复由于成骨细胞中Piezo1缺失导致的破骨分化的增强。综上所述，此项研究发现PIEZO1能够在成骨谱系细胞中感应机械应力，通过YAP-胶原途径调节破骨细胞活性从而调节骨稳态。明确提出力敏感离子通道蛋白-Piezo1是主要的Mechanostat分子。此项研究为了解机械应力如何调节骨形成和骨吸收之间的平衡提供了新的思路，为废用骨质疏松症的治疗提供新的策略。同时，对于克服宇航员在太空旅行失重条件下的骨丢失提供了前瞻性的思考。

 

        该项研究工作在邹卫国研究员的指导下，由其博士研究生王丽君等人完成。该研究成果得到了国家自然科学基金委、中科院先导B项目以及国家航天中心等经费的支持。该工作的数据收集还得到了分子细胞中心公共技术服务中心动物实验技术平台、分子生物学技术平台和细胞分析技术平台等的支持。

       

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