H型内皮细胞蛋白Clec14a对调节骨形成和骨密度至关重要

最近发表在《Communications Biology 》杂志上的一项研究探讨C型凝集素结构域Clec14a（一种H型内皮蛋白）在协调成骨细胞活性中的作用，揭示了这种毛细血管内皮细胞中的Clec14a蛋白如何控制骨骼生长和成熟，揭示了骨骼发育的关键机制。

　　

背景

血管生成，即新血管从现有血管中生长的过程，是胚胎和出生后器官发育的关键机制，对维持生命的内稳态至关重要。近年来，骨血管生成在调节出生后骨骼生长和骨重塑、修复中的作用越来越受到人们的关注。显微镜技术和新型骨处理技术的进步得以2D和3D方式研究骨血管网络，导致了骨毛细血管新亚型的发现，如H型毛细血管。据报道，H型毛细血管内皮细胞在胚胎发生和出生后的骨生长期间从干骺端扩张到生长板，调控骨形成，被描述为骨形成的主动调节剂。H型毛细血管内皮细胞为成骨细胞沿其腔侧迁移提供引导和分子信号。控制成骨细胞和内皮细胞（EC）之间密切相互依赖的相互作用对于在胚胎发生和出生后骨形成过程中控制骨小梁骨量（trabecular bone mass）非常重要。

寻找调节骨血管生成和选择性增加骨形成的新靶标途径，开发促进骨形成的新疗法，是一个热门方向。CD248-MMRN2-CLEC14A之间的相互作用组，代表了其中一种可靶向的途径。多聚蛋白2 （MMRN2）是一种内皮细胞特异性细胞外基质（ECM）蛋白，可同时结合两种C型凝集素结构域（CTLD）14家族成员：内皮细胞表达的CLEC14A，和成骨细胞及其他基质细胞如周细胞和成纤维细胞表达的CD248。Clec14a和Cd248都是胚胎和病理性血管生成、细胞粘附和迁移的重要调节因子。此前，作者报道了Cd248负调控成骨细胞矿化，其缺失会增加成骨细胞驱动的矿化。此外，最近的报道表明，在骨愈合过程中，Clec14a表达上调。

研究内容和结果

伯明翰大学的这项新研究探索了Clec14a在协调成骨细胞活性和骨形成中的作用。首先，研究人员使用抗Clec14a抗体在体内对Clec14a进行免疫标记，确定Clec14a主要定位于骨干骺端的H型血管内皮。同时评估了Clec14a及其配体Mmrn2在小鼠长骨中的表达情况，证实这两种蛋白在骨干骺端高度表达，且表达局限于内皮细胞（ECs），在H型内皮细胞的表达明显高于L型内皮细胞。

接下来，他们评估了Clec14a缺失对骨血管形成的影响。将野生型（WT）Clec14a⁺/⁺小鼠和Clec14a^-/^-小鼠相比，2周至4周龄缺陷小鼠的H型内皮细胞比例显著减少，在体重相近的情况下胫骨明显更长；使用1型胶原（Col1a1）和Osterix （Osx）免疫染色检测了Clec14a缺失对成熟和未成熟成骨细胞定位的影响，显示缺陷小鼠的下干骺端未成熟Osx+成骨细胞数量明显增加；长骨长度和骨密度增加，骨骼发育加快，成骨细胞成熟增强。

用抗体介导阻断Clec14a- Mmrn2相互作用可重现Clec14a^-/^-表型。

Clec14a基因敲除会影响血管生成，血管密度降低。3D高分辨率免疫荧光成像发现缺陷小鼠的血管前沿不均匀，尖端细胞丝状伪足形成减少，生长板处的H型血管芽变钝。Clec14a基因敲除使得缺陷小鼠的成骨细胞在生长板和骨干交界处的迁移和成熟受到影响；缺陷小鼠颅骨成骨细胞在体外培养中也表现出更高的成熟倾向。总之，Clec14a基因敲除对骨骼形成有显著影响，与H型血管的迁移密切相关。

内皮细胞表达的Clec14a调节小鼠出生后骨发育过程中的成骨细胞成熟和矿化活性，可作为关键的内皮细胞特异性靶蛋白，这一发现强调了H型毛细血管控制成骨细胞活动在骨形成中的重要性。

结论

研究人员证实，Clec14a和Mmrn2的表达仅限于骨基质中的内皮细胞；这两个基因在H型内皮细胞中高度表达，并受到不同的调控。

Clec14a^-/^-小鼠的尖端细胞形成和迁移失调，以及4周龄Clec14a^-/^-小鼠生长板上的H型血管芽变钝。

总体而言，该研究确定了Clec14a是上皮细胞特异性的关键靶蛋白，其失活可促进骨形成。

总之，H型毛细血管在骨折愈合中的作用表明这种细胞类型作为治疗靶点的潜力，确定控制H型毛细血管与成骨细胞相互作用的可用药靶点非常重要。研究可调节该蛋白活性的途径将有助于解析Clec14a发挥作用的信号通路，有助于开发新型骨合成代谢疗法。