研究背景

骨髓是高度異質(zhì)化和血管化的組織，各類型細(xì)胞相互交流以保證骨骼正常發(fā)育。哺乳動(dòng)物骨骼發(fā)育過(guò)程，骨生成與血管生成通過(guò)成骨細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)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(jī)制及其信號(hào)通路尚不明確，因此研究成骨細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞交流的關(guān)鍵分子尤為重要。來(lái)自南方醫(yī)科大學(xué)的研究人員，通過(guò)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(shí)驗(yàn)未觀察到細(xì)胞巢及短管的形成，而mTORC1缺失型小鼠△Raptor體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)顯示與上述相反結(jié)果，表明mTORC1對(duì)骨的血管生成有抑制作用。

2. 成骨細(xì)胞產(chǎn)生某種血管生成抑制因子

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

3. 成骨細(xì)胞分泌血管生成抑制因子Cxcl9

全基因組芯片檢測(cè)（Aglient小鼠表達(dá)譜芯片由伯豪生物提供）mTORC1激活/沉默小鼠，結(jié)合已報(bào)道的Cxcl9調(diào)控VEGF信號(hào)傳導(dǎo)信息，檢測(cè)到△Tsc1中 Cxcl9基因轉(zhuǎn)錄顯著上調(diào)，進(jìn)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(dá)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(shí)驗(yàn)及SiRNA處理實(shí)驗(yàn)均顯示血管生成作用增強(qiáng)。△Raptorz小鼠體內(nèi)外添加Cxcl9實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)相反結(jié)果。CXCR2沉默實(shí)驗(yàn)顯示，Cxcl9獨(dú)立于CXCR3行使血管生成抑制作用。VEGF體外標(biāo)記等實(shí)驗(yàn)顯示，Cxcl9通過(guò)與VEGF作用，抑制其與Ecs的結(jié)合，進(jìn)而阻斷VEGF信號(hào)的傳導(dǎo)。
 

5. Cxcl9抑制骨生成

研究者為進(jìn)一步確定Cxcl9對(duì)骨生成是否有抑制作用，建立了表達(dá)MC3T3-E1細(xì)胞系，結(jié)果顯示Cxcl9抑制細(xì)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(shí)驗(yàn)均提示Cxcl9通過(guò)與VEGF作用阻斷其與成骨細(xì)胞的結(jié)合從而抑制骨生成。

6. mTORC1通過(guò)STAT1調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞Cxcl9

研究者通過(guò)檢測(cè)兩種小鼠模型中STAT1的轉(zhuǎn)錄、翻譯、磷酸化水平及細(xì)胞內(nèi)定位等信息，確定mTORC1上調(diào)STAT1的表達(dá)及其向細(xì)胞核的轉(zhuǎn)運(yùn)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)， STAT1通過(guò)與Cxcl9啟動(dòng)子的結(jié)合，參與mTORC1對(duì)Cxcl9的基因表達(dá)調(diào)控。

研究結(jié)論 

研究者的一系列實(shí)驗(yàn)證明，成骨細(xì)胞中的mTORC1可轉(zhuǎn)錄上調(diào)VEGF和STAT1，且促進(jìn)STAT1與Cxcl9啟動(dòng)子的結(jié)合從而正調(diào)控Cxcl9的表達(dá)。Cxcl9作為血管生成抑制因子通過(guò)與VEGF的結(jié)合，阻斷其與內(nèi)皮細(xì)胞和成骨細(xì)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(dá)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.