“****”曹旭教授Nature medicine解析骨代谢

　　

生物通报道  近日来自约翰霍普金斯大学医学院、中国石河子大学等研究机构的研究人员在新研究中证实基质胰岛素样因子1（IGF-1IGF-1通过激活骨髓间充质干细胞mTOR维持了骨代谢。相关论文“Matrix IGF-1 maintains bone mass by activation of mTOR in mesenchymal stem cells” 发布在《自然医学》（Nature medicine）杂志上。

“流式Pad ”跨界而来！细胞计数 + 基础流式 + 智能触控 欢迎申请试用!

领导这一研究的是约翰霍普金斯大学医学院骨外科教授、肌肉与骨骼研究中心主任曹旭教授。其从事骨骼疾病分子机理研究20多年，多次获得美国青年科学家奖。他带领的研究团队曾首次发现破骨细胞与成骨细胞的偶联因子，多篇研究成果发表在Nature子刊杂志上。2010年受聘成为石河子大学“****”讲座教授。

骨质疏松症(osteoporosis)是一种系统性骨病，其特征是骨量下降和骨的微细结构破坏，表现为骨的脆性增加，因而骨折的危险性大为增加，即使是轻微的创伤或无外伤的情况下也容易发生骨折。骨质疏松症是一种多因素所致的慢性疾病。在骨折发生之前，通常无特殊临床表现。该病女性多于男性，常见于绝经后妇女和老年人。

胰岛素样因子1（IGF-1）是一种在分子结构和胰岛素类似的多肽蛋白物质。在婴儿的生长和成人体内持续进行合成代谢作用上具有重要意义。过去的研究表明IGF-1能够促进骨的基质合成，抑制骨骼的代谢分解，防治骨骼中钙的流失，维持骨骼的正常结构和功能。在防治骨质疏松症中效果明显。然而目前对于其作用分子信号机制仍不是很清楚。

在这篇文章中，研究人员证实在骨重塑过程中骨基质释放的IGF-1通过激活哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)刺激了招募的骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化，由此维持了固有的骨骼微结构和骨量。成骨细胞前体细胞敲除IGF-1 受体的(Igf1r)小鼠相比野生型小鼠显示骨量和矿物质沉积率减低。此外，研究人员将来自Igf1rflox/flox小鼠的骨髓间充质干细胞在体外利用一种Cre腺病毒敲除Igf1r，他们发现尽管移植后这些细胞能被招募到骨表面，却不能分化为成骨细胞。

研究人员发现相比于年轻大鼠，老龄大鼠骨基质和骨髓中的IGF-1浓度降低，直接与年龄相关的骨量减少相关联。同样在人类年龄相关的骨质疏松中，研究人员发现相比健康个体，骨质疏松个体骨髓IGF-1浓度降低了40%。值得注意的是，联合注射IGF-1和胰岛素样生长因子结合蛋白-3(IGFBP3)可以提高骨基质中IGF-1的浓度，刺激老龄大鼠的新骨形成。

这些研究结果提供了关于IGF-1维持成人骨量的机械学新认识，也为靶向治疗年龄相关的骨质疏松症提供了进一步的理论基础。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Matrix IGF-1 maintains bone mass by activation of mTOR in mesenchymal stem cells

Insulin-like growth factor 1 (IGF-1), the most abundant growth factor in the bone matrix, maintains bone mass in adulthood. We now report that IGF-1 released from the bone matrix during bone remodeling stimulates osteoblastic differentiation of recruited mesenchymal stem cells (MSCs) by activation of mammalian target of rapamycin (mTOR), thus maintaining proper bone microarchitecture and mass. Mice with knockout of the IGF-1 receptor (Igf1r) in their pre-osteoblastic cells showed lower bone mass and mineral deposition rates than wild-type mice. Further, MSCs from Igf1rflox/flox mice with Igf1r deleted by a Cre adenovirus in vitro, although recruited to the bone surface after implantation, were unable to differentiate into osteoblasts. We also found that the concentrations of IGF-1 in the bone matrix and marrow of aged rats were lower than in those of young rats and directly correlated with the age-related decrease in bone mass. Likewise, in age-related osteoporosis in humans, we found that bone marrow IGF-1 concentrations were 40% lower in individuals with osteoporosis than in individuals without osteoporosis. Notably, injection of IGF-1 plus IGF binding protein 3 (IGFBP3), but not injection of IGF-1 alone, increased the concentration of IGF-1 in the bone matrix and stimulated new bone formation in aged rats. Together, these results provide mechanistic insight into how IGF-1 maintains adult bone mass, while also providing a further rationale for its therapeutic targeting to treat age-related osteoporosis.

作者简介：

曹旭

博士，教授。

学术兼职
美国约翰霍普金斯大学医学院骨科Lee Rilley讲席教授，骨骼与肌肉研究中心主任；
骨与矿物质杂志（Journal of Bone & Mineral Research，影响因子: 6.043 ）副主编；Journal of Biological Chemistry，Molecular and Cellular Biology，PNAS，Endocrinology，Bone，Oncogene Gene，EMBO Journal，Circulation Research，American Journal of Pathology，Nature Medicine 等国际知名学术杂志审稿人；
国际华人骨组织学会董事，全美骨骼及矿物质研究学会、健康保健委员会, Gerson Lehrman Group、纽约科学院会员。
 
基本情况
1、1978年-1982年在新疆大学本科生物科学专业毕业，获得理学学士学位；1998年-1991年在南卡罗林那大学攻读化学及生物化学专业博士，获得博士学位。
2、2000年获得博士导师招生资格。
3、主要研究内容
从事骨骼疾病分子病理研究，主要研究内容为：（1）成骨与破骨偶联因子的发现对骨质疏松发病机制的研究；（2）甲状旁腺激素与骨原位生长因子相互作用研究；（3）Wnt通路对骨发育调节作用研究