本发明专利技术提供了一种抑制破骨细胞活性及治疗骨质疏松的试剂及其应用。本发明专利技术揭示了一种新的与骨质疏松相关的信号通路，即PIEZO1/YAP/II或IX型胶原信号通路。该信号通路中，PIEZO1可以响应机械应力，通过促进YAP的核定位调节成骨细胞谱系细胞中基质蛋白，主要是II型胶原和IX型胶原的表达，II型胶原和IX型胶原的表达能够抑制破骨细胞分化。本发明专利技术还揭示了II型胶原和IX型胶原在制备缓解或治疗骨质疏松的药物组合物中的用途。松的药物组合物中的用途。
【技术实现步骤摘要】
抑制破骨细胞活性及治疗骨质疏松的试剂及其应用
[0001]本专利技术属于生物
，更具体地，本专利技术涉及抑制破骨细胞活性及治疗骨质疏松的试剂及其应用。
技术介绍
[0002]骨组织处于不断重塑的状态，从而维持骨骼系统的稳态。骨重塑主要是指由破骨细胞通过骨吸收来移除衰老或损伤的骨，随后由成骨细胞形成新骨的动态过程。骨骼重塑过程主要涉及四种细胞类型：骨表面线性排列的细胞，骨细胞，破骨细胞和成骨细胞。骨表面线性排列的细胞隶属于成骨细胞。骨细胞是骨组织中最丰富的细胞类型，由成骨细胞分化而来，埋藏在骨基质中。骨细胞是最重要的应力感应细胞，能够为骨改建提供起始信号。破骨细胞是负责骨吸收的主要细胞，是由单核细胞受到巨噬细胞集落刺激因子(Macrophage colony-stimulating factor 1，MCSF)和核因子κB受体活化因子配体(Receptor Activator for Nuclear Factor-κB Ligand，RANKL)刺激后分化形成的多核大细胞。目前，骨骼重塑的模式为：首先由骨细胞感受到骨形变或骨损伤，传递信号招募破骨前体细胞到骨基质上分化形成成熟的破骨细胞；破骨细胞降解骨基质释放TGF-β1/IGF-1等招募成骨细胞到骨吸收部位形成类骨质；同时破骨细胞自身也会分泌如SEMA4D(Semaphorin-4D)抑制成骨细胞分化，从而抑制成骨细胞分泌RANKL，最终抑制破骨细胞的形成，从而够成一个负反馈的调节；最后类骨质矿化完成一个骨骼重塑的循环。在正常的骨骼重塑过程中，骨量不会明显变化，但是骨骼重塑异常会导病理状态引起骨量和骨强度的改变，如骨质疏松和骨硬化症等。
[0003]骨的组成中约有10％的细胞，60％的矿物质(主要是羟基磷灰石)以及30％的有机物。在骨中有超过100种胞外基质蛋白，通过调控成骨细胞和破骨细胞，在骨重塑过程中发挥作用。胞外基质可以为无机盐的沉积提供支架，其中一型胶原是支架的主体，其他蛋白能够帮助结合无机盐等。胞外基质还为骨骼提供韧性，在机械应力响应和调控方面也起作用。
[0004]骨质疏松是一种由于骨骼重塑失衡，即骨形成减弱或骨吸收增强或骨骼干细胞减少而导致骨量下降，易发生骨折以及椎体前突等症状的疾病，严重影响了人类的生活质量。引起骨质疏松的原因有多种，主要分为原发性骨质疏松和继发性骨质疏松。原发性骨质疏松是指由于绝经后雌激素缺乏或衰老导致，而继发性骨质疏松主要是由于其身体活动的改变(废用性骨质疏松)或药物干扰(如糖皮质激素诱发的骨质疏松)。
[0005]骨骼重塑一个重要作用就是使骨骼能够适应机械应力的需求。一般来讲，骨骼系统从幼年发育，在人的一生中持续进行重塑，使骨骼能够有效支撑人的体重和身体运动。对于运动员等从事高强运动的人而言，身体的某一部分骨骼由于长期的运动，在骨改建过程中会形成更强壮的骨骼来适应更高的机械需求；相反对于长期的卧床休息、瘫痪导致的无法运动会导致骨骼对机械应力要求的降低，从而引起废用性骨质疏松。与激素、衰老等引起的骨质疏松不同，废用性骨质疏松是骨骼重塑对于降低的机械需求的适应性变化。除此之外由于衰老或激素相关的骨质疏松在临床上可以通过不同的策略来治疗，包括促进合成代
谢治疗以增加骨形成或抑制分解代谢以减少骨吸收，但是由于微重力导致骨质流失，却缺乏相应的药物治疗手段。因此研究机械应力刺激如何影响骨骼重塑过程十分必要。
[0006]骨骼机械应力或者承受重力会导致骨骼承受形变(张力和压力)、剪切力和流体力。本领域目前认为骨细胞、成骨细胞、破骨细胞在该过程中都发挥作用，但还不完全清楚为了适应机械需求而调整的骨改建是如何在细胞和分子水平上进行调控的。
[0007]骨细胞是埋藏在骨基质中的终末分化的成骨细胞，在成人体内占据了骨骼细胞的85-90％，被认为是体内骨骼系统机械应力感受的主要细胞类群。成熟的骨骼主要是由皮质骨和骨小梁构成。骨细胞是由成骨细胞分化而来，埋藏在骨基质中，与周围细胞包括周围的骨细胞、成骨细胞、破骨细胞、上皮细胞甚至骨髓腔中的细胞接触并且能够通树状突起与周围的骨小腔室体液进行物质交换。骨细胞通过间隙连接和分泌蛋白与周围细胞进行信息交流。这些特点使其成骨骼系统中感受机械应力的关键因子。骨细胞能够通过细胞体、树状突起和纤毛感受流体剪切力和负载重力刺激，并通过细胞树状突起和分泌蛋白传递信号调控成骨和破骨形成。
[0008]胶原是哺乳动物中最丰富的蛋白(约占蛋白总重的30％)，广泛存在于各种结缔组织的胞外基质中，在结构上起到重要作用。胶原家族的多样性丰富，胶原超家族中包含28个成员，以罗马数字依次命名(I-XXVIII)。骨基质中除占主要地位的I型胶原，还有少量的II型、III型、V型、IX和X胶原等，可以调控骨形成和胶原纤维的直径。II型胶原是纤维形成胶原亚家族的成员，是软骨中最丰富的胶原蛋白。II型胶原以原胶原的形式形成，带有一个N端原肽和C端原肽，这个原肽会被特定的蛋白酶切割，形成成熟的胶原分子整合到基质中的胶原纤维中。IX型胶原属于FACIT亚家族，由Col9a1、Col9a2、Col9a3基因分别编码的三个多肽链构。
[0009]力学感受体是指能够感受多种外部或者内部力的细胞结构，存在于几乎所有细胞类型中，为多种功能所必需。细胞感知外部机械信号需要力学感受体直接与外部环境接触或者能够通过检测中间介质的变化，比如压力、剪切力引起细胞膜的改变。多种细胞表面蛋白或膜结构，包括整合素(Integrins)、离子通道(Ion channels)、连接子(Connexons)、紧密连接(Gap junctions)以及初级纤毛(Primary cillia)都被认为潜在的机械应力感受结构。这些结果能够响应不同的力的形式，比如剪切力、流体势能、张力等，产生不同的下游信号途径，从而影响骨细胞的结构的功能。
[0010]离子通道蛋白PIEZO1(FAM38A)和PIEZO2(FAM38B)在2010年被鉴定(Coste，B.et al.，Science，2010.330(6000):p.55-60)，引发了很多领域关于PIEZO1/2介导的机械力感应的研究。目前在多种真核生物中鉴定出PIEZO的同源蛋白，大多数脊椎动物PIEZO蛋白家族含有两个成员：PIEZO1和PIEZO2。PIEZOs蛋白很大，其中鼠源PIEZO1含有2547个氨基酸并且与其它已知离子通道蛋白序列几乎没有同源性。通过冷冻电镜对鼠源PIEZO1蛋白结构解析发现PIEZO1通道为同源三聚体。PIEZO2的结构和PIEZO1较为类似。
[0011]PIEZOs在不同的生理过程中感受机械力刺激后会打开通道，引起阳离子内流，主要是钙离子，也可通透其他的阳离子。研究人员发现了多种能够激活PIEZOs通道的方式，并利用电生理或钙成像的方式记录PIEZOs引起的细胞生理活动。宏观上比如利用钝玻璃探针、原子力显微镜、高压灌注“戳”细胞，利用微流体系统提供流体剪切力、基质的形变、通过超声远程操控细胞的震动都可以引起细胞的形变，从而激活PIEZOs通道；微观上，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种筛选缓解或治疗骨质疏松的物质的方法，其特征在于，所述方法包括：(1)将候选物质与含有PIEZO1/YAP/II或IX型胶原通路的体系接触；(2)筛选出调节PIEZO1/YAP/II或IX型胶原通路的物质，所述物质是对于缓解或治疗骨质疏松有用的物质；其中，所述的调节包括：提高PIEZO1表达或活性，促进YAP进入细胞核，提高II或IX型胶原的表达或活性。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的PIEZO1/YAP/II或IX型胶原通路含有：PIEZO1蛋白，YAP蛋白，II或IX型胶原。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的II型胶原由Col2α1基因编码；所述的IX型胶原由Col9α1、Col9α2和/或Col9α3编码。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的含有PIEZO1/YAP/II或IX型胶原通路的体系选自：细胞体系、亚细胞体系、组织体系或动物体系。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(1)之前或同时，还包括给予所述体系以应力刺激，使得PIEZO1响应该应力刺激，从而促进YAP进入细胞核、提高II或IX型胶原的表达或活性；步骤(2)中，还包括：测定候选物质的作用，若其能够在统计学上进一步提高步骤(1)的促进YAP进入细胞核、提高II或IX型胶原的表达或活性的效应，则其是对于缓解或治疗骨质疏松有用的物质。6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(1)之前或同时，还包括抑制或敲除PIEZO1，从而降低YAP进入细胞核、降低II或IX型胶原的表达或活性；步骤(2)中，还包括：测定候选物质的作用，若其能够在统计学上逆转由抑制或敲除PIEZO1而导致的YAP进入细胞核的降低及II或IX型胶原的表达或活性的降低，则其是对于缓解或治疗骨质疏松有用的物质。7.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)包括：向含有PIEZO1/YAP/II或IX型胶原通路的体系中添加候选物质；和步骤(2)包括：检测PIEZO1/YAP/II或IX型胶原通路中各蛋白或基因的...
【专利技术属性】
技术研发人员：邹卫国，王丽君，尤修玲，张玲莉，
申请(专利权)人：中国科学院分子细胞科学卓越创新中心，
类型：发明
国别省市：
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