骨细胞黏连蛋白通过调控Mef2c驱动的硬化蛋白表达影响小鼠骨量

本研究揭示了骨细胞黏连蛋白(vinculin)在骨质疏松中的关键作用，研究人员通过构建Dmp1-Cre介导的基因敲除小鼠模型，发现vinculin缺失通过促进Mef2c核转位激活Sost基因表达，从而抑制Wnt/β-catenin通路导致骨形成障碍。该研究首次阐明vinculin-Mef2c-硬化蛋白(sclerostin)轴在骨代谢调控中的分子机制，为衰老和雌激素缺乏相关骨质疏松提供了新的治疗靶点。论文发表于《Bone Research》。

　　

骨骼作为人体最大的钙库，其动态平衡依赖于成骨细胞介导的骨形成与破骨细胞介导的骨吸收的精密协调。然而，随着人口老龄化加剧，骨质疏松症已成为全球性健康挑战，其特征是骨量减少和骨微结构破坏导致的骨折风险增加。尽管目前已有双膦酸盐等抗骨吸收药物，但针对骨形成障碍的治疗手段仍显不足。近年来，骨细胞作为埋藏于骨基质中的"机械感受器"，被发现通过分泌硬化蛋白(sclerostin)等分子调控骨代谢，但其精确调控机制尚未完全阐明。

南方科技大学生物化学系、稳态医学研究院的研究团队在《Bone Research》发表的重要研究，首次揭示了黏着斑(FA)关键蛋白vinculin在骨细胞中的生物学功能。通过临床样本分析发现，衰老性骨质疏松患者骨组织中vinculin表达显著降低。为探究其机制，研究人员构建了Dmp1-Cre介导的条件性敲除小鼠(Dmp1-Cre; Vcl^fl/fl)，发现敲除小鼠在负重骨（股骨和脊柱）出现严重骨量减少，而颅骨不受影响。进一步研究显示，vinculin缺失通过促进转录因子Mef2c核转位，增强其与Sost基因增强子ECR5的结合，从而上调硬化蛋白表达，最终抑制Wnt/β-catenin信号通路导致骨形成障碍。

关键技术方法包括：1）使用10-kb Dmp1-Cre转基因小鼠构建骨细胞特异性vinculin敲除模型；2）微计算机断层扫描(μCT)分析骨微结构；3）双标钙黄绿素标记测定骨形成率；4）染色质免疫沉淀(ChIP)分析Mef2c与Sost增强子的结合；5）卵巢切除(OVX)模拟绝经后骨质疏松模型。

Vinculin在骨质疏松骨组织中表达下调

免疫荧光显示年轻受试者(29-32岁)骨细胞vinculin表达显著高于老年组(78-88岁)。CRISPR-Cas9技术构建的vinculin敲低(KD)MLO-Y4骨样细胞显示细胞铺展和肌动蛋白骨架排列异常，提示vinculin对骨细胞形态维持至关重要。

基因敲除导致严重骨丢失

μCT分析显示3月龄和14月龄敲除小鼠股骨骨密度(BMD)和骨体积分数(BV/TV)均显著降低，但皮质骨厚度(Ct.Th)无变化。三点弯曲试验显示敲除股骨力学性能下降。值得注意的是，颅骨骨量未受影响，表明vinculin主要调控机械应力敏感骨的代谢。

骨形成障碍是主要表型

双标钙黄绿素显示敲除小鼠骨矿化沉积率(MAR)和骨形成率(BFR)降低50%。血清I型前胶原氨基端延长肽(P1NP)水平下降，而抗酒石酸酸性磷酸酶(TRAP)染色显示破骨细胞参数无显著改变，证实表型源于骨形成缺陷而非骨吸收增强。

分子机制解析

免疫共沉淀(Co-IP)证实vinculin与Mef2c存在相互作用。vinculin缺失使胞浆Mef2c核转位增加3倍，ChIP显示Mef2c与Sost增强子ECR5结合增强，导致硬化蛋白表达上调2.5倍。值得注意的是，Sost基因敲除可完全逆转vinculin缺失导致的骨表型。

机械应力响应与雌激素调控

胫骨加载实验显示敲除小鼠丧失机械应力诱导的骨形成能力。OVX术后野生型小鼠骨量下降40%，而敲除小鼠表现出抵抗性。体外实验证实雌激素可剂量依赖性上调MLO-Y4细胞vinculin表达。

该研究建立了vinculin-Mef2c-sclerostin调控轴的全新理论框架：在生理状态下，vinculin通过滞留Mef2c于胞浆抑制Sost表达，促进骨形成；而在衰老或雌激素缺乏情况下，vinculin表达下降导致Mef2c核转位增加，激活Sost表达并抑制Wnt通路。这一发现不仅阐明了骨细胞感知机械应力的分子基础，还为开发靶向vinculin的小分子药物治疗骨质疏松提供了理论依据。特别值得注意的是，研究揭示雌激素通过调控vinculin表达影响骨代谢的新机制，为理解绝经后骨质疏松发病机制提供了全新视角。