研究背景

骨髓是高度異質化和血管化的組織，各類型細胞相互交流以保證骨骼正常發育。哺乳動物骨骼發育過程，骨生成與血管生成通過成骨細胞與內皮細胞間的相互交流而密切聯系。但參與調節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皮細胞交流的關鍵分子尤為重要。來自南方醫科大學的研究人員，通過他們的研究，揭示了Cxcl19在其中的重要調控作用。

研究思路

研究結果

1. mTORC1調節骨骼血管生成

研究者觀察到mTORC1激活型小鼠△Tsc1的骨呈白色，CD31+Endomucin+血管數量減少，相應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體內外實驗顯示與上述相反結果，表明mTORC1對骨的血管生成有抑制作用。

2. 成骨細胞產生某種血管生成抑制因子

根據前人報道的mTORC1正調控VEGF，研究人員在△Tsc1小鼠中檢測到高表達VEGF，VEGFR2表達量未變但內皮細胞中磷酸化程度低，表明VEGF信號被中斷，相應的體外實驗中出現類似結果，而△Raptor小鼠體內外實驗則顯示與上述相反結果，結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。
 

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，結合已報道的Cxcl9調控VEGF信號傳導信息，檢測到△Tsc1中 Cxcl9基因轉錄顯著上調，進一步分析顯示其蛋白翻譯及分泌均顯著提高。而在△Raptorz中出現相反的結果，結果表明mTORC1正調控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，相應的體外實驗及SiRNA處理實驗均顯示血管生成作用增強。△Raptorz小鼠體內外添加Cxcl9實驗出現相反結果。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的結合，進而阻斷VEGF信號的傳導。
 

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，體內外實驗均提示Cxcl9通過與VEGF作用阻斷其與成骨細胞的結合從而抑制骨生成。

6. mTORC1通過STAT1調節成骨細胞Cxcl9

研究者通過檢測兩種小鼠模型中STAT1的轉錄、翻譯、磷酸化水平及細胞內定位等信息，確定mTORC1上調STAT1的表達及其向細胞核的轉運。進一步研究發現， STAT1通過與Cxcl9啟動子的結合，參與mTORC1對Cxcl9的基因表達調控。

研究結論 

研究者的一系列實驗證明，成骨細胞中的mTORC1可轉錄上調VEGF和STAT1，且促進STAT1與Cxcl9啟動子的結合從而正調控Cxcl9的表達。Cxcl9作為血管生成抑制因子通過與VEGF的結合，阻斷其與內皮細胞和成骨細胞的作用從而抑制骨血管生成和骨生成。這一研究結果揭示Cxcl9的表達抑制可作為骨質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.