骨質(zhì)疏松癥（OP）是中老年人群中常見的骨骼疾病，以骨強度下降和骨折風險增加為特征。老年性骨質(zhì)疏松癥患者的骨量減少，且常常伴隨著自噬活性的降低。激活自噬可以緩解骨質(zhì)疏松，而抑制自噬會加重骨丟失。然而，骨組織中的細胞自噬調(diào)控如何參與骨質(zhì)疏松癥發(fā)病，目前還不太清楚。

近日，中南大學湘雅醫(yī)院謝輝教授團隊在《Autophagy》雜志上發(fā)表題為“Autophagy receptor OPTN (optineurin) regulates mesenchymal stem cell fate and bone-fat balance during aging by clearing FABP3”的文章，研究人員首次鑒定出自噬受體蛋白OPTN選擇性降解的底物FABP3（脂肪酸結(jié)合蛋白3），并發(fā)現(xiàn)OPTN通過調(diào)節(jié)FABP3來調(diào)控骨脂平衡。揭示了老年性骨質(zhì)疏松癥發(fā)病新機制，為其防治提供了新思路與新靶點。

Optn調(diào)控了MSC的命運

OPTN（optineurin）蛋白作為一種自噬受體，在選擇性自噬中發(fā)揮著關(guān)鍵的作用，但其在成骨中的作用尚不清楚。在這項研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)Optn是決定骨髓間充質(zhì)干細胞（MSC）命運的關(guān)鍵分子，其表達在老年小鼠中減少。

他們發(fā)現(xiàn)，老年小鼠的骨量減少，骨微結(jié)構(gòu)受損，并伴隨著自噬活性的降低。同樣地，Optn敲除小鼠（optn–/–）也表現(xiàn)出骨質(zhì)疏松性骨質(zhì)流失以及自噬體形成的減少。同時，他們還發(fā)現(xiàn)optn–/–小鼠脂肪細胞的數(shù)量顯著增加，而成骨細胞的數(shù)量明顯減少。與Optn+/+ MSC相比，optn–/– MSC的增殖能力受損，且DNA損傷標志物γH2AX的蛋白水平更高。這些結(jié)果表明，Optn缺失加劇了骨脂不平衡，并促進了MSC衰老（圖1）。本研究所用的成骨誘導培養(yǎng)基和成脂誘導培養(yǎng)基均來自賽業(yè)OriCell。

圖1. Optn缺失加劇了骨脂不平衡，并促進了MSC衰老。

之后，研究人員將optn–/–MSC和Optn+/+MSC移植到optn–/–小鼠體內(nèi)，以確定Optn是否可以恢復(fù)optn–/–小鼠的骨質(zhì)流失。他們發(fā)現(xiàn)，Optn+/+MSC的骨髓內(nèi)注射和靜脈內(nèi)注射均可挽救骨質(zhì)流失，但optn–/–MSC的移植卻無法做到。同樣地，通過含有Optn的慢病毒來感染optn–/–小鼠，也能夠挽救骨質(zhì)流失。不過，OptnK193R功能缺失突變體的引入?yún)s無法重建骨脂平衡。

FABP3作為OPTN的選擇性自噬底物

研究人員隨后進一步探討了OPTN調(diào)控骨脂平衡的潛在機制。他們通過質(zhì)譜比較了Optn+/+小鼠和optn–/–小鼠骨組織的蛋白質(zhì)圖譜，并發(fā)現(xiàn)FABP3是上調(diào)最多的蛋白質(zhì)，因為optn–/– 小鼠比Optn+/+小鼠高了28倍。FABP3主要在骨骼肌、心臟和胎盤中表達，在長鏈脂肪酸及其酰基輔酶A酯的細胞內(nèi)轉(zhuǎn)運中發(fā)揮作用。后續(xù)一系列實驗表明，OPTN通過自噬來特異性調(diào)控FABP3的水平。

通過Fabp3 siRNA來沉默F(xiàn)abp3基因后，他們發(fā)現(xiàn)optn–/–MSC在成骨誘導下表現(xiàn)出成骨作用增強，而在成脂誘導下表現(xiàn)出成脂作用降低。在Fabp3 siRNA感染后，optn–/–小鼠的骨質(zhì)流失減輕，骨骼硬度改善，而且與對照組相比成骨細胞更多，脂肪細胞更少（圖2）。這些結(jié)果表明，F(xiàn)ABP3可能是OPTN的選擇性底物，在optn–/–小鼠中積累，導致MSC衰老和脂肪形成，破壞骨脂平衡。

圖2. Fabp3 siRNA組表現(xiàn)出較多的成骨細胞和較少的脂肪細胞。

為了進一步評估MSC命運決定是否可減輕衰老過程中的骨質(zhì)流失，研究人員將Optn cDNA或Fabp3 siRNA注射到老年小鼠體內(nèi)。兩個月后觀察到老年小鼠股骨中OPTN的過表達和FABP3的敲減，以及骨質(zhì)流失的顯著減少。這些結(jié)果綜合起來表明，OPTN通過調(diào)節(jié)FABP3來調(diào)控衰老過程中的MSC命運和骨脂平衡（圖3）。

圖3. OPTN通過調(diào)節(jié)FABP3來調(diào)控骨脂平衡的模型。

這項研究的主要成果是發(fā)現(xiàn)自噬受體OPTN通過促進MSC的成骨作用和減弱成脂作用來影響骨代謝，而FABP3是新型的OPTN選擇性降解底物。Optn的過表達和Fabp3的抑制可以減輕骨質(zhì)流失。這為老年性骨質(zhì)疏松癥的治療提供了新的思路和靶點。