靶向Msx2调控破骨细胞融合命运：骨质疏松治疗的新策略

本研究针对骨质疏松症中骨代谢失衡的关键问题，通过揭示同源盒基因MSX2在破骨细胞融合中的调控机制，提出靶向干预新策略。研究人员发现MSX2通过稳定转录因子PU.1促进破骨细胞融合，其缺失可增加前破骨细胞分泌PDGF-BB，促进血管生成耦联的骨形成。研究筛选出天然化合物morusinol能特异性破坏MSX2-PU.1结合，为骨质疏松治疗提供新型促合成代谢疗法。该成果发表于《Nature Communications》，为骨代谢疾病治疗开辟了新途径。

　　

骨骼作为人体重要的支撑和保护器官，其稳态失衡导致的骨质疏松症已成为全球性健康挑战。传统观点认为骨代谢主要受成骨细胞介导的骨形成和破骨细胞介导的骨吸收调控，但近年研究发现，血管内皮细胞、神经元等多种细胞类型通过局部微环境参与骨代谢调控。其中，绝经后骨质疏松（PMOP）作为最常见的骨质疏松类型，其特征是破骨细胞过度活化导致骨吸收亢进。尽管靶向核因子κB受体活化因子配体（RANKL）的抗吸收药物已应用于临床，但长期使用会抑制骨转换，影响骨修复能力。因此，探索既能抑制骨吸收又能促进骨形成的"促合成代谢"疗法成为研究热点。

浙江大学医学院附属邵逸夫医院的研究团队发现，高度保守的同源盒基因MSX2在PMOP患者骨组织和破骨细胞分化过程中表达上调。通过构建髓系特异性Msx2基因敲除（cKO）小鼠模型，研究人员观察到这些小鼠在生理和病理条件下均表现出骨量增加的特征。显微CT分析显示，敲除组小鼠的骨体积分数（BV/TV）、骨小梁数量（Tb.N）和皮质骨厚度（Ct.Th）显著增加，而骨小梁分离度（Tb.Sp）降低。组织学分析发现，虽然总破骨细胞数量无变化，但多核成熟破骨细胞减少而单核前破骨细胞增多，血清I型胶原C端肽（CTX-1）水平下降。体外实验证实，Msx2缺失不影响破骨细胞前体形成，但通过下调CD9、CD44等融合相关基因表达，显著抑制细胞融合过程。

研究进一步揭示，前破骨细胞分泌的血小板衍生生长因子-BB（PDGF-BB）通过促进H型血管（CD31^hi EMCN^hi）形成耦联骨形成。分子机制研究表明，MSX2直接结合破骨细胞关键转录因子PU.1，通过遮蔽其Ser41和Ser142位点，阻止FBXW7介导的泛素化降解。Msx2和Fbxw7双敲除实验证实，FBXW7通过识别PU.1的磷酸化降解基序（S/TxxxS/T）促进其降解，而MSX2对这一过程的保护作用是其调控破骨细胞融合的核心机制。

通过高通量虚拟筛选，研究人员从天然化合物库中鉴定出桑根酮（morusinol）能特异性结合MSX2，破坏MSX2-PU.1相互作用。体外实验显示，morusinol处理可减少多核破骨细胞形成，降低融合相关基因表达；在卵巢切除（OVX）诱导的骨质疏松模型中，morusinol治疗显著改善骨微结构，增加H型血管数量，证实其具有促合成代谢作用。

主要技术方法包括：建立髓系特异性基因敲除小鼠模型，采用显微CT进行骨形态计量分析，通过免疫荧光共定位检测组织特异性蛋白表达，运用分子对接技术筛选活性化合物，以及采用条件培养基研究细胞间通讯机制。

研究结果部分：

1. Msx2在绝经后骨质疏松和破骨细胞生成中上调：通过生物信息学分析和组织学验证，发现MSX2在PMOP骨组织和破骨细胞分化过程中表达升高。

2. 髓系Msx2缺失通过抑制前破骨细胞融合增加骨量：基因敲除小鼠表现出骨量增加、融合缺陷和PDGF-BB分泌增强的特征。

3. Msx2缺失促进体内骨形成和血管生成：观察到成骨细胞活性和H型血管数量增加，流式细胞术证实CD31^hiEMCN^hi内皮细胞比例升高。

4. MSX2通过稳定PU.1促进前破骨细胞融合：实验证实MSX2与PU.1直接结合，保护其免受蛋白酶体降解，过表达PU.1可逆转融合缺陷。

5. MSX2结合PU.1并保护其免受FBXW7介导的泛素化：发现MSX2通过空间位阻阻止FBXW7识别PU.1的磷酸化位点，双突变实验验证了这一机制。

6. 靶向MSX2的morusinol预防OVX小鼠骨丢失：桑根酮通过促进PU.1降解发挥骨保护作用，为临床转化提供先导化合物。

该研究首次系统阐明了同源盒基因MSX2在骨代谢中的双重调控作用：既通过PU.1维持破骨细胞融合能力，又通过PDGF-BB调控血管-成骨耦联。提出的"分子刹车"概念为理解细胞命运决定提供了新视角，开发的morusinol具有成为首个靶向破骨细胞融合环节的促合成代谢药物的潜力。研究不仅为骨质疏松治疗提供新靶点，其揭示的MSX2-PU.1-FBXW7调控轴也为其他细胞融合相关疾病（如肌生成、巨细胞形成）的研究提供了范式参考。