Cxcl9：骨生成重要調(diào)控因子，其表達抑制可作為骨質(zhì)疏松癥新的治療策略

研究背景

骨髓是高度異質(zhì)化和血管化的組織，各類型細胞相互交流以保證骨骼正常發(fā)育。哺乳動物骨骼發(fā)育過程，骨生成與血管生成通過成骨細胞與內(nèi)皮細胞間的相互交流而密切聯(lián)系。但參與調(diào)節(jié)骨生成和血管生成的分子機制及其信號通路尚不明確，因此研究成骨細胞與內(nèi)皮細胞交流的關(guān)鍵分子尤為重要。來自南方醫(yī)科大學(xué)的研究人員，通過他們的研究，揭示了Cxcl19在其中的重要調(diào)控作用。

研究思路

研究結(jié)果

1. mTORC1調(diào)節(jié)骨骼血管生成

研究者觀察到mTORC1激活型小鼠△Tsc1的骨呈白色，CD31+Endomucin+血管數(shù)量減少，相應(yīng)的體外實驗未觀察到細胞巢及短管的形成，而mTORC1缺失型小鼠△Raptor體內(nèi)外實驗顯示與上述相反結(jié)果，表明mTORC1對骨的血管生成有抑制作用。

2. 成骨細胞產(chǎn)生某種血管生成抑制因子

根據(jù)前人報道的mTORC1正調(diào)控VEGF，研究人員在△Tsc1小鼠中檢測到高表達VEGF，VEGFR2表達量未變但內(nèi)皮細胞中磷酸化程度低，表明VEGF信號被中斷，相應(yīng)的體外實驗中出現(xiàn)類似結(jié)果，而△Raptor小鼠體內(nèi)外實驗則顯示與上述相反結(jié)果，結(jié)果揭示成骨細胞可能分泌某種血管生成抑制因子阻斷VEGF信號通路的傳導(dǎo)。
 

3. 成骨細胞分泌血管生成抑制因子Cxcl9

全基因組芯片檢測（Aglient小鼠表達譜芯片由伯豪生物提供）mTORC1激活/沉默小鼠，結(jié)合已報道的Cxcl9調(diào)控VEGF信號傳導(dǎo)信息，檢測到△Tsc1中 Cxcl9基因轉(zhuǎn)錄顯著上調(diào)，進一步分析顯示其蛋白翻譯及分泌均顯著提高。而在△Raptorz中出現(xiàn)相反的結(jié)果，結(jié)果表明mTORC1正調(diào)控Cxcl9的表達及分泌。

4. Cxcl9抑制骨血管生成

研究者用抗Cxcl9抗體處理△Tsc1小鼠，CD31+Endomucin+血管量顯著增加，相應(yīng)的體外實驗及SiRNA處理實驗均顯示血管生成作用增強�！鱎aptorz小鼠體內(nèi)外添加Cxcl9實驗出現(xiàn)相反結(jié)果。CXCR2沉默實驗顯示，Cxcl9獨立于CXCR3行使血管生成抑制作用。VEGF體外標記等實驗顯示，Cxcl9通過與VEGF作用，抑制其與Ecs的結(jié)合，進而阻斷VEGF信號的傳導(dǎo)。
 

5. Cxcl9抑制骨生成

研究者為進一步確定Cxcl9對骨生成是否有抑制作用，建立了表達MC3T3-E1細胞系，結(jié)果顯示Cxcl9抑制細胞增殖、分化及礦化，且不受CXCR3的影響。添加VEGF，顯著降低Cxcl9的抑制作用，體內(nèi)外實驗均提示Cxcl9通過與VEGF作用阻斷其與成骨細胞的結(jié)合從而抑制骨生成。

6. mTORC1通過STAT1調(diào)節(jié)成骨細胞Cxcl9

研究者通過檢測兩種小鼠模型中STAT1的轉(zhuǎn)錄、翻譯、磷酸化水平及細胞內(nèi)定位等信息，確定mTORC1上調(diào)STAT1的表達及其向細胞核的轉(zhuǎn)運。進一步研究發(fā)現(xiàn)， STAT1通過與Cxcl9啟動子的結(jié)合，參與mTORC1對Cxcl9的基因表達調(diào)控。

研究結(jié)論 

研究者的一系列實驗證明，成骨細胞中的mTORC1可轉(zhuǎn)錄上調(diào)VEGF和STAT1，且促進STAT1與Cxcl9啟動子的結(jié)合從而正調(diào)控Cxcl9的表達。Cxcl9作為血管生成抑制因子通過與VEGF的結(jié)合，阻斷其與內(nèi)皮細胞和成骨細胞的作用從而抑制骨血管生成和骨生成。這一研究結(jié)果揭示Cxcl9的表達抑制可作為骨質(zhì)疏松癥新的治療策略。
 

原文出處 Huang B, Wang W, Li Q,et al. Osteoblasts secrete Cxcl9 to regulate angiogenesis in bone. Nat Commun.2016.