维生素K2通过Nrf2/Keap1-CBR1通路抑制PGE2介导的成骨细胞铁死亡改善骨质疏松

本研究针对骨质疏松症中维生素K2(VK2)的作用机制展开探索，通过代谢组学和转录组学分析发现VK2能通过激活Nrf2/Keap1通路促进碳酰还原酶1(CBR1)表达，进而降解炎症因子前列腺素E2(PGE2)，抑制成骨细胞铁死亡。该研究不仅揭示了VK2骨保护作用的新靶点，还为骨质疏松治疗提供了新策略。

　　

骨质疏松症作为中老年人群骨折的主要诱因，其核心病理特征是骨稳态失衡导致的骨量减少。尽管维生素K₂（VK₂）与骨密度的相关性已被发现，但其具体分子机制始终未明。更令人困惑的是，近年研究发现铁死亡（一种铁依赖性细胞程序性死亡形式）在骨质疏松进展中扮演关键角色，而VK₂是否通过调控铁死亡发挥骨保护作用仍是未解之谜。

中国医科大学附属第一医院的研究人员通过多组学联用技术揭开了这一谜题。他们首先发现绝经后骨质疏松女性血清VK₂水平显著降低，随后在卵巢切除（OVX）小鼠模型中证实VK₂能改善骨微结构，促进成骨细胞分化标志物RUNX2和COL1表达。研究创新性地结合非靶向代谢组学和mRNA转录组测序，锁定花生四烯酸代谢通路中的PGE₂作为关键差异代谢物，并发现VK₂通过上调碳酰还原酶1（CBR1）加速PGE₂降解。通过分子对接和免疫共沉淀等技术，团队首次证实VK₂可直接结合转录因子Nrf2，抑制Keap1介导的泛素化降解，从而激活CBR1转录。更重要的是，研究发现PGE₂累积会通过下调铁转运蛋白（FPN）和谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）诱发成骨细胞铁死亡，而VK₂干预能显著逆转这一过程。该成果发表于《Communications Biology》，为骨质疏松治疗提供了全新靶点。

关键技术方法包括：采集103例55-65岁绝经女性血清进行LC-MS/MS检测；建立OVX小鼠模型进行Micro-CT骨微结构分析；采用非靶向代谢组学鉴定差异代谢物；通过EMSA和ChIP-qPCR验证转录因子结合；使用RSL-3诱导铁死亡模型评估干预效果。

研究结果

VK₂在绝经后女性血清中的差异存在及其对OVX小鼠骨丢失的改善作用
骨质疏松女性血清VK₂水平较正常组降低42.7%（p<0.001）。动物实验显示VK₂干预使OVX小鼠骨密度提升1.8倍，钙黄绿素双标记证实骨形成率增加2.3倍。体外实验表明10^-5 M VK₂最佳促进成骨细胞活性，使钙结节形成增加3.5倍。

OVX小鼠骨组织代谢变化及VK₂的恢复效应
代谢组学分析发现PGE₂在OVX组骨组织中升高2.1倍（p<0.01），VK₂干预后回落至基线水平。KEGG通路富集显示PGE₂代谢与花生四烯酸通路相关，免疫组化证实VK₂使CBR1蛋白表达增加2.4倍。

VK₂通过结合转录因子Nrf2抑制Keap1诱导的泛素化
分子对接揭示VK₂与Nrf2存在3种结合模式（结合能-2.44至-4.02 kcal/mol）。Co-IP实验显示VK₂使Nrf2-Keap1结合减少67%，泛素化水平降低54%。EMSA和ChIP-qPCR证实Nrf2可直接结合CBR1启动子区域。

VK₂改变小鼠成骨细胞转录水平
转录组测序发现VK₂上调102个基因，包括铁转运蛋白基因Slc40a1（FPN）。OVX小鼠骨组织FPN免疫荧光强度较对照组降低61%，VK₂干预后恢复至正常水平83%。

VK₂抑制RSL-3诱导的成骨细胞铁死亡
RSL-3处理使成骨细胞GPX4表达降低72%，线粒体出现典型皱缩（电镜显示嵴减少83%）。VK₂干预使细胞内Fe²⁺积累减少59%，脂质过氧化产物MDA水平下降64%。

VK₂通过上调CBR1/FPN抑制成骨细胞铁死亡
siRNA敲低实验证实CBR1缺失会使FPN表达降低55%，逆转VK₂的保护作用。10 μM PGE₂处理使细胞活力下降42%，而VK₂预处理可维持85%的细胞存活率。

结论与意义

该研究首次阐明VK₂-Nrf2/CBR1-PGE₂轴在骨质疏松中的调控机制：VK₂通过结合Nrf2阻断其泛素化降解，促进CBR1介导的PGE₂代谢，进而上调FPN表达抑制铁死亡。这一发现不仅解释了VK₂骨保护作用的分子基础，还为开发靶向铁死亡的新型抗骨质疏松药物提供了理论依据。特别值得注意的是，研究揭示了炎症微环境（PGE₂累积）与铁死亡的因果关系，为理解骨质疏松的发病机制提供了新视角。未来研究可进一步探索VK₂与其他铁死亡相关疾病（如神经退行性疾病）的潜在关联。