NFATc3介导应力刺激下骨细胞钙振荡的解码和转导机制研究

目的骨具有高度的应力适应性,但其机理未被阐明。骨细胞占骨中细胞数的95%,是骨中核心力学感受器和骨重塑调控器,团队首次揭示骨通过骨细胞多尖峰钙振荡响应外界应力刺激,但骨细胞如何转导和解码这种独特钙振荡并影响骨代谢功能,目前仍不明确。方法基于团队构建的新颖多尺度骨细胞生物力学软硬件技术平台,结合高通量测序、基因沉默、模式动物构建及骨细胞生物学等技术,探究应力骨细胞钙振荡的核心解码机制。结果(1)通过对具有钙振荡解码功能的转录因子筛选,结合Ca^(2+)与NFATc3双通道实时荧光成像,发现流体剪切力能诱发骨细胞NFATc3显著入核,且NFATc3核浆比与钙振荡尖峰数量高度正相关,证实NFATc3是骨细胞钙振荡核心解码器;(2)流体剪切力对骨细胞活性功能的促进作用在NFATc3沉默的骨细胞中消失,而骨细胞特异性NFATc3敲除鼠的应力敏感性也显著降低;(3)NFATc3通过Siah2调控骨细胞RANKL和Dkk1泛素化降解,进而调控成骨和破骨细胞活性功能;(4)NFATc3的激活剂CALP1和CGA显著改善了骨微结构和力学属性,是潜在的应力替代因子;(5)通过药筛实验得到了能够靶向激活NFATc3的小分子天然药物。结论上述研究推动了对骨细胞力学信号响应转导机制的认识,为骨质疏松和应力替代靶向药物的研发提供了新思路。