人亮氨酸拉链蛋白（sLZIP）通过调节成骨细胞和破骨细胞之间的串扰作为骨重塑的关键调节因子

骨重塑是一个持续的生长过程，通过骨吸收破骨细胞（OCs）和骨形成成骨细胞（OBs）清除和修复受损的骨骼，调节矿物质稳态来维持骨骼结构。骨重塑失衡会导致与衰老相关的骨骼疾病，如骨质疏松症和脆性骨折。骨重塑包括三个阶段：（1）OCs 在骨骼受损区域开始骨吸收，（2）从分解代谢过渡到合成代谢，以及（3）OBs 成骨。更好地了解调节骨重塑的分子机制以及 OBs 和 OCs之间的串扰对于开发更好的预防和代谢性骨病的方法非常重要。

人亮氨酸拉链蛋白（sLZIP）是 LZIP（也称为 CREB3）的一种亚型。sLZIP 作为一种转录因子，控制各种癌细胞的增殖、迁移和侵袭。sLZIP 还调节 OBs 和 OCs 的分化。sLZIP 通过 runt 相关转录因子2（RUNX2）的共激活因子诱导 OBs 分化，RUNX2 是 OB 分化的关键因子，也是调节脂肪细胞和 OB 分化的过氧化物酶体增殖物激活受体 γ2（PPARγ2）的辅抑制剂。sLZIP 还增加骨髓来源的巨噬细胞（BMMs）中活化 T 细胞核因子细胞质1（NFATc1）的转录活性，导致 OCs 分化。尽管 sLZIP 在 OB 和 OC 分化中均起重要作用，但骨重塑的分子机制仍然未知。

最近，在韩国高丽大学生命科学学院及天主教大学生物化学系团队的一项研究中，探讨了 sLZIP 在骨重塑中的调节作用及其在代谢性骨病开发中的疗效。研究成果发表于 Experimental & Molecular Medicine 期刊题为“sLZIP functions as a key modulator of bone remodeling by regulating the crosstalk between osteoblasts and osteoclasts”。

sLZIP 通过抑制 PPARγ2 诱导 OB 分化，并促进骨形成。因此，首先研究了 sLZIP 对卵巢切除（OVX）手术小鼠骨质疏松模型中骨形成的影响，发现与野生型（WT）小鼠相比，sLZIP 转基因（TG）小鼠的骨矿物质密度（BMD）、骨体积/总体积（BV/TV）、骨小梁厚度（Tb.Th）和骨小梁数量（Tb.N）更高，而骨小梁分离度（Tb.Sp）更低。这表明，sLZIP 促进骨形成并抑制骨质疏松症中的骨量减少。

随后，构建间充质干细胞（MS）细胞特异性 sLZIP 条件敲除（KO）小鼠并测定小鼠 LZIP-1/2 在几个组织中的 mRNA 表达。结果观察到，sLZIP KO 小鼠 MS 细胞中 LZIP-1/2 的 mRNA 表达降低。OVX 组中的 sLZIP KO 小鼠表现出骨小梁质量降低。定量分析显示，sLZIP KO 小鼠的 BMD、BV/TV、Tb.Th、Tb.N 和皮质厚度均降低，但 Tb.Sp 高于对照小鼠。此外，sLZIP KO 小鼠血清中 I 型前胶原 N 末端前肽（P1NP）水平降低，骨形成减少。从 sLZIP KO 小鼠的脂肪垫中分离脂肪干细胞（ADS）细胞并分化为 OB 进行体外实验，结果显示，sLZIP KO 小鼠ADS 细胞的 OB 分化程度降低，OB 分化标志物的 mRNA 表达水平，包括 ALP、BGLAP、Osx、和 COL1A1 均降低。这些结果表明，sLZIP 的缺失会降低骨量并对骨质疏松症的恢复产生负面影响。

由于骨质疏松症经常发生骨折，因此，在骨质疏松症小鼠上生成骨折模型调查了 sLZIP 是否参与骨折愈合（图1 a）。OVX 组骨折愈合的定量分析显示，与 WT 小鼠相比，sLZIP TG 小鼠骨痂形成速度更快，缺损区含硬痂骨体积增加（图1 b），皮质厚度和组织矿物质密度也增加（图1 c）。然而，与对照小鼠相比，sLZIP KO 小鼠在假手术组和 OVX 组中愈伤组织体积和形成均减少（图1 d），皮质厚度和组织矿物质密度均低于对照小鼠（图1 e）。这些结果表明，sLZIP 诱导骨质疏松症中的骨折愈合并调节骨重塑。

此外，TRAP 染色结果显示，与 WT 小鼠相比，sLZIP TG 小鼠在 OVX 组和假手术组的缺损区域愈伤组织表面的 TRAP+ 细胞增加，但在两组 sLZIP KO 小鼠中，愈伤组织表面激活的 OCs 数量均减少（图1 f），这表明，sLZIP 通过在骨愈合过程中诱导 OC 激活来增加骨吸收。为了评估 OB 激活，用 ALP 染色溶液对小鼠股骨进行染色。结果显示，假手术组 sLZIP TG 小鼠的 ALP+ OBs 数量大于 WT 小鼠，并且 OVX 组 sLZIP TG 小鼠的骨形成速度比WT 小鼠更快（图1 g）。与 sLZIP TG 小鼠相比，两组 OVX sLZIP KO 小鼠在缺损区域的愈伤组织表面的 ALP+ 细胞较少，表明 sLZIP 的缺失通过抑制骨质疏松症中愈伤组织的形成和降低 OC 和 OB 的激活来延迟骨折愈合（图1 g）。这些结果表明，sLZIP 促进骨折愈合过程中的骨吸收和形成。

图1 sLZIP 促进骨质疏松症中的骨折愈合并调节骨重塑。

由于 sLZIP 通过激活 OB 和 OC 参与骨折愈合和愈伤组织形成，研究人员假设 sLZIP 通过调节 OBs 和 OCs 之间的串扰来调节骨重塑。因此，从小鼠中分离 ADS 细胞和 BMMs 并分化为 OBs 和 OCs 进行条件培养基实验。TRAP 染色和活性分析显示，sLZIP TG 小鼠的 OB-CM 促进了破骨细胞生成，sLZIP KO 小鼠的 OB-CM 减少了 TRAP+ 细胞的数量。此外，sLZIP TG 小鼠的 OC-CM 中 OB 分化标志物的 mRNA 表达高于 WT 小鼠。这些结果表明，sLZIP 调节 OB-OC 串扰。

Transwell 迁移试验的结果显示，sLZIP TG 小鼠的 OB-CM 增加了OCs 前体的迁移，sLZIP KO 小鼠的 OB-CM 诱导的 OCs 前体迁移减少，但来自 WT 和 sLZIP TG 小鼠的未分化 OBs 的 CM 不会影响 OCs 前体迁移。将 OB 前体细胞与 WT 和 sLZIP TG 小鼠的 OC-CM 共培养以检查 sLZIP 对其迁移的影响，发现与 WT 小鼠相比，sLZIP TG 小鼠的 OC-CM 对 OB 前体细胞的迁移作用更大。此外，WT 和 sLZIP TG 小鼠的 OC-CM 对 OB 前体细胞增殖的影响两者没有显著差异。这些结果表明，sLZIP 诱导的 CM 在骨重塑过程中增加了细胞迁移，而不会影响细胞增殖。

接下来，利用 OBs 和 OCs 的共培养系统研究了 sLZIP 在骨重塑过程中 OB-OC 串扰中的作用。将 OB 前体细胞与 BMMs 在含有 M-CSF 的成骨培养基中共培养（图2 a），发现 sLZIP TG 小鼠来源的 OBs 在成骨培养基中共培养时增加了 TRAP+ 细胞的数量（图2 b）。将 sLZIP TG 小鼠的 OCs 前体与 OBs 共培养时，能最有效地诱导 OC 分化（图2 b）。与 WT 小鼠 OBs 相比，WT 小鼠 BMMs 和 sLZIP TG 小鼠 OBs 的共培养表现出骨吸收增加，特别是 sLZIP TG 小鼠的 BMMs 和 OBs 的共培养增强了骨吸收活性（图2 c）。

为了研究 OC 介导的成骨作用，将 OB 前体细胞与 BMMs在含有 M-CSF 和 RANKL 的培养基中共培养（图2 a）。与 WT 小鼠 OCs 相比，sLZIP TG 小鼠 OCs 中 ALP+ 细胞数量增加，当 sLZIP TG 小鼠的 OCs 前体和 OBs 共培养时，OB 分化增加最显著（图2 d）。

将 sLZIP KO 小鼠的 OBs 和 WT 小鼠的 BMMs 共培养以观察 sLZIP 对破骨细胞生成的影响，发现 OB 介导的破骨细胞生成在 sLZIP KO 的小鼠 OBs 中减轻（图2 e）。sLZIP KO 小鼠 OBs 和 WT 小鼠 BMMs 共培养中的吸收活性低于 LZIP-1/2 FL/FL小鼠 OBs 和 WT 小鼠 BMMs 共培养（图2 f）。这些结果表明，sLZIP 参与耦合过程，并通过调节 OB-OC 串扰促进骨重塑。

图2 sLZIP 通过调节 OB 和 OC 之间的串扰来调节骨重塑。

进一步研究 sLZIP 对 OC 分化过程中 OC 介导的耦合因子分泌的影响。在 OC 分化过程中，sLZIP 增加了鞘氨醇激酶1（SPHK1）的 mRNA 水平和蛋白表达。S1P由 SPHK1/2 磷酸化合成，参与骨形成和存活。SPHK1 活性测定显示，sLZIP TG 小鼠的成熟 OCs 中SPHK1 活性高于 WT 小鼠 OCs，S1P 水平也增加。这些结果表明，sLZIP 通过刺激 OCs 中的 SPHK1 活性来诱导 S1P 分泌。

S1P 通过 p38/ERK 通路上调环氧合酶-2（COX-2）参与骨形成。因此，研究了 sLZIP 诱导的 S1P 是否影响 ADS 细胞中 p38/ERK 通路的激活。与 WT 小鼠相比，sLZIP TG 小鼠的 OC-CM 诱导了 p38 的磷酸化并增加了 COX-2 的表达。为了确认 sLZIP 诱导的 S1P 是否参与 COX-2 介导的骨形成，使用 S1P 受体抑制剂 JTE-013，发现与未分化小鼠相比，sLZIP TG 小鼠的 OC-CM 表现出更高的 COX-2 表达，然而，JTE-013 以剂量依赖性方式降低 COX-2 表达。此外，还研究了 sLZIP 对 OB 分化过程中 OB 介导的耦合因子分泌的影响，发现 WNT16 mRNA 在 sLZIP TG 小鼠 OBs 中的表达低于 WT 小鼠。这些结果表明，sLZIP 通过诱导耦合因子的分泌来调节 OBs 和 OCs 之间的串扰。

实验探索了 sLZIP 是否可以用于细胞疗法骨质疏松症。结果显示，sLZIP TG-ADS 细胞的皮质厚度（Ct.Th）和组织矿物质密度（TMD）大于 WT-ADS 细胞，且 BMD、BV/TV 和 Tb.Th 值也更高。这表明，sLZIP TG-ADS 细胞具有作为骨折和骨量减少的细胞疗法的潜力。

C-X-C 基序受体4（CXCR4）在 MS 细胞向骨髓迁移中发挥作用，显示出其作为骨质疏松症剂的潜力。构建感染过表达 CXCR4 和 sLZIP（LV-CXCR4/sLZIP）的 ADS 细胞，发现 LV-CXCR4/sLZIP-ADS 细胞的 Ct.Th、TMD、BMD、BV/TV 和 Tb.Th 更高，而 Tb.Sp 降低。为了检查 LV-CXCR4/sLZIP-ADS 细胞对骨折愈合的影响，对 OVX 手术后小鼠的右股骨进行了钻孔试验，四组分别注射 PBS、WT-ADS 细胞或病毒感染的 ADS 细胞（图3 a）。图像显示，与 PBS 组相比，注射 WT-ADS 细胞或 LV-CXCR4/mock-ADS 细胞的小鼠缺损区域的骨骼恢复率更高（图3 b）。与 WT-ADS 细胞组和 LV-CXCR4/mock-ADS 细胞组相比，LV-CXCR4/sLZIP-ADS 细胞组表现出更有效的骨修复（图3 b）。μCT 结果显示，与 PBS 相比，WT-ADS 细胞和 LV-CXCR4/mock-ADS 细胞表现出 Ct.Th 和 TMD 值、BMD 和 Tb.N 值升高（图3 b、c）。这表明，与对照小鼠相比，注射 LV-CXCR4/sLZIP-ADS 细胞的小鼠骨形成和骨折恢复增强。这些发现表明，sLZIP 过表达的 ADS 细胞促进骨质疏松症的骨形成和修复，并且具有最大的骨质疏松症和骨折愈合的能力。

图3 sLZIP 过表达的 ADS 细胞促进骨质疏松症中的骨骼修复。

图4 图形概要

总之，这项研究证明了 sLZIP 通过促进骨吸收和骨形成发挥骨保护作用，并有效恢复骨质疏松症引起的骨折。这项研究为开发控制骨吸收和形成的方法提供了分子基础。因此，sLZIP 是代谢性骨病的双功能药物候选者。

参考文献：Park S, Kim J, Ko J. sLZIP functions as a key modulator of bone remodeling by regulating the crosstalk between osteoblasts and osteoclasts. Exp Mol Med. 2025 Mar;57(3):601-615. doi: 10.1038/s12276-025-01414-3. Epub 2025 Mar 3. PMID: 40025167.

原文链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40025167/

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