清华等揭示骨组织感知力学信号的新机制

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2019年 7月11日， Elife杂志以 The mechanosensitive Piezo1 channel is required for bone formation 为题在线发表了中国航天员科研训练中心李英贤团队和清华大学药学院肖百龙团队的研究文章，报道了该团队在骨代谢的力学调控研究中的最新进展，揭示了一种关键的机械力传导感受器Piezo1介导成骨细胞和骨细胞的机械力敏感性及其在负荷依赖性骨形成中的重要作用，提出了骨组织中机械力传感的新机制，为航天失重和长期卧床导致的骨丢失的治疗提供新的靶点。

研究发现机械门控的Piezo1离子通道介导成骨细胞和骨细胞的机械力感知，从而影响骨的形成、结构和强度。在成骨细胞中敲除Piezo1的小鼠出现严重的骨发育缺陷，成骨细胞功能显著降低。进一步研究发现Piezo1介导机械力诱发的阳离子电流和钙内流，激活成骨细胞中CaMKII /Creb信号通路。在地面模拟失重条件下，成骨细胞的Piezo1活性发生显著变化，Piezo1基因的敲除破坏了成骨细胞对机械力以及失重状态的响应。同时，临床研究发现骨质疏松的病人Piezo1表达下降与成骨功能减弱相一致。

在航天飞天的过程中，由于重力信号逐渐减弱，Piezo1的活性降低，表达水平下降，均会导致骨流失的增加

该研究首次证实了机械力敏感通道Pizeo1在骨组织响应力学刺激中的重要作用，揭示了骨骼中机械力传感的新机制。基于以上的研究，开发安全有效的Piezo1激动剂（Jedi系列分子）有望为长期航天飞行或卧床导致的骨丢失提供药物解决方案。

骨组织在跑步锻炼等力学信号刺激下，Piezo1表达增多，活性增强，骨密度增大。相反，在失重或卧床等去负荷条件下，Piezo1表达降低，活性减弱，骨密度下降

中国航天员科研训练中心航天医学基础与应用国家重点实验室孙维佳助理研究员和清华大学药学院池少鹏博士是该文章的共同第一作者。中国航天员科研训练中心李英贤研究员和清华大学肖百龙研究员是这篇文章的共同通讯作者。苏州大学第二附属医院徐又佳教授团队作为共同作者承担了骨组织病理分析的相关工作。

研究背景

骨骼是人体重要的承重器官，骨组织可响应外界机械力如运动锻炼、重力等条件的刺激，而进行重塑。长期失重状态下的航天飞行和长期卧床导致的去负荷均会导致骨丢失的发生。骨组织如何感受机械力刺激这一物理信号，并将其转变成维持骨组织稳态的化学信号一直以来都是骨代谢调控研究的热点。

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