Pim1：调控骨稳态的关键因子，开启骨疾病治疗新方向

《Experimental & Molecular Medicine》：Pim1 promotes the maintenance of bone homeostasis by regulating osteoclast function

为解决骨疾病治疗靶点及药物问题，研究人员开展 Pim1 对破骨细胞功能影响的研究。结果发现 Pim1 通过调节破骨细胞功能维持骨稳态，Pim1 抑制剂 SGI-1776 可改善骨丢失。这为骨相关疾病治疗提供新靶点和潜在药物。

　　在人体的骨骼世界里，一场悄无声息却至关重要的 “战争” 时刻都在上演。破骨细胞如同 “拆迁队”，负责清除老旧的骨组织，而 osteoblasts（成骨细胞）则像 “建设者”，努力搭建新的骨结构 。正常情况下，两者配合默契，维持着骨骼的健康状态。然而，一旦平衡被打破，就会引发一系列的骨骼问题。像是 osteoporosis（骨质疏松症）、periodontal disease（牙周病），还有类风湿和银屑病关节炎等，这些病症的背后，往往是破骨细胞的过度活跃在 “捣鬼”。目前用于治疗这些疾病的药物，比如 bisphosphonates（双膦酸盐）和 denosumab（地诺单抗），虽然能在一定程度上缓解症状，减少骨降解、骨痛和病理性骨折的发生，但却无法真正修复受损的骨骼，长期使用还可能带来 “frozen bone”（骨冻结）现象，让骨头变得更加脆弱，甚至增加颌骨坏死的风险。所以，寻找新的骨疾病治疗靶点和药物，成为了医学领域亟待解决的难题。

在这样的背景下，来自韩国梨花女子大学（Ewha Womans University）等研究机构的研究人员，踏上了探索之旅，致力于揭开 Pim1（proviral integration site for Moloney leukemia virus 1，莫洛尼白血病病毒 1 前病毒整合位点 1）在骨骼健康领域的神秘面纱。他们开展了一系列深入的研究，最终发现 Pim1 在维持骨稳态方面发挥着关键作用，这一成果发表在《Experimental & Molecular Medicine》杂志上。

研究人员在实验过程中运用了多种关键技术方法。首先是 μCT（微计算机断层扫描）技术，通过它可以清晰地观察到小鼠骨骼的微观结构变化；组织学和组织形态计量学分析，能准确分析骨细胞的数量和结构；免疫印迹分析则用于检测蛋白质的表达和磷酸化水平；RNA 提取和定量 PCR 技术，帮助研究人员了解基因的表达情况；此外，还利用了细胞培养、病毒转导、骨吸收实验等技术手段。实验样本主要来源于不同基因型的小鼠，如野生型（WT）和 Pim1 基因敲除（Pim1^-/-）小鼠。

下面来看看具体的研究结果：

1. Pim1^-/-雄性小鼠股骨和胫骨小梁骨量增加：研究人员对比了 WT 和 Pim1^-/-雄性小鼠，发现 8 周龄的 Pim1^-/-雄性小鼠股骨小梁骨量明显增加。通过 μCT 和组织学分析发现，其小梁骨的骨矿物质密度（BMD）、骨体积分数（BV/TV）、小梁数量（Tb.N）和小梁厚度（Tb.Th）都有所增加，而小梁骨模式因子（Tb.Pf）降低，且血清中骨吸收标志物 c - 端肽（CTX - 1）水平降低，骨形成标志物 I 型前胶原氨基端前肽（PINP）水平相似。这表明 Pim1^-/-雄性小鼠小梁骨量的增加可能是由于破骨细胞骨吸收功能受损，而非破骨细胞或成骨细胞数量的改变 。
2. Pim1 调节破骨细胞功能，而非破骨细胞生成或成骨：通过体外培养骨髓来源的巨噬细胞（BMMs），诱导其分化为破骨细胞，研究人员发现 WT 和 Pim1^-/-小鼠的 BMMs 在分化过程中，产生的抗酒石酸酸性磷酸酶（TRAP）阳性多核细胞数量并无显著差异，且 Pim1 基因缺失不影响破骨细胞融合相关分子的表达和信号通路。同时，诱导 WT 和 Pim1^-/-小鼠的颅骨骨祖细胞分化为成骨细胞，结果显示两者的成骨分化能力相似。而骨吸收实验表明，Pim1 缺陷的破骨细胞骨吸收能力明显低于 WT 破骨细胞，过表达 Pim1 则能恢复其骨吸收活性。由此可见，Pim1 通过调节破骨细胞活性来维持骨稳态，而非影响破骨细胞生成或成骨过程。
3. Pim1 通过调节微管乙酰化促进破骨细胞中正常的肌动蛋白细胞骨架重组：破骨细胞的骨吸收功能依赖于肌动蛋白细胞骨架的重组，形成 F - 肌动蛋白环（即封闭带）。研究发现，Pim1 缺陷的破骨细胞形成 F - 肌动蛋白环的能力明显低于 WT 破骨细胞。进一步研究表明，封闭带的形成高度依赖于微管，而 Pim1 缺陷会导致微管乙酰化减少，微管结构破坏。这说明 Pim1 通过调节微管乙酰化，促进肌动蛋白细胞骨架重组，进而形成封闭带，发挥破骨细胞的骨吸收功能。
4. Pim 激酶抑制剂损害细胞骨架重组并下调破骨细胞吸收：为探究 Pim1 激酶活性对其调节破骨细胞功能的作用，研究人员使用 Pim 激酶抑制剂 SGI - 1776 处理 BMMs。结果发现，SGI - 1776 对破骨细胞的形成没有影响，但能显著降低骨吸收坑面积，减少具有肌动蛋白环的破骨细胞数量，降低微管乙酰化水平，破坏微管结构。这表明 Pim1 的激酶活性对于调节微管乙酰化，进而塑造破骨细胞功能至关重要。
5. Pim1 通过磷酸化 TRAF6 促进 Akt - GSK3β 信号通路：已知 Akt - GSK3β 信号轴正调节微管乙酰化和稳定，从而促进破骨细胞的骨吸收活性。研究人员发现，Pim1 基因缺失会显著降低 Akt 和 GSK3β 的磷酸化水平，以及微管乙酰化水平。进一步研究表明，Pim1 直接与 TRAF6 相互作用并磷酸化 TRAF6，形成 Pim1 - TRAF6 - Akt 三元复合物。TRAF6 的丝氨酸 48 位点对 Pim1 调节微管乙酰化至关重要，突变该位点会抑制微管乙酰化。由此可见，Pim1 通过直接磷酸化 TRAF6 来控制 Akt 信号通路，稳定微管，促进破骨细胞功能。
6. SGI - 1776 保护小鼠免受炎症性骨破坏：研究人员通过给小鼠颅骨注射脂多糖（LPS）建立炎症性骨破坏模型，并用 SGI - 1776 进行干预。结果显示，SGI - 1776 能显著减少骨侵蚀面积，且呈一定的剂量依赖性，但对破骨细胞数量没有显著影响。这表明 SGI - 1776 通过抑制破骨细胞的过度活性，保护小鼠免受炎症性骨破坏。
7. SGI - 1776 通过降低前列腺癌细胞存活率和破骨细胞活性阻断肿瘤相关骨溶解：前列腺癌常转移至骨，引起肿瘤相关骨溶解。研究人员使用前列腺癌细胞系 RM1 建立小鼠骨转移模型，发现 SGI - 1776 在体外能显著抑制 RM1 细胞增殖，在体内能减少肿瘤面积，保护骨结构，且高剂量的 SGI - 1776 能减少破骨细胞数量。这说明 SGI - 1776 可通过降低前列腺癌细胞存活率和破骨细胞活性，协同治疗前列腺癌细胞诱导的骨溶解。

综合以上研究，Pim1 作为破骨细胞功能的调节因子，通过磷酸化 TRAF6 激活 Akt - GSK3β 通路，促进微管乙酰化和稳定，驱动破骨细胞的细胞骨架重组，形成封闭带，实现有效的骨吸收。Pim1 抑制剂 SGI - 1776 在体内实验中展现出了保护小鼠免受炎症性骨疾病和肿瘤诱导的骨溶解的潜力。这一研究成果为骨相关疾病的治疗提供了新的靶点和潜在的治疗药物，有望克服现有治疗方法的局限性，为患者带来新的希望，在骨疾病治疗领域具有重要的意义 。