高压氧通过激活Prrx1^(+)骨骼干细胞中的力学敏感蛋白Piezo1促进骨修复

目的高压氧疗法通过同时施加高气压和提供纯氧来治疗骨损伤,在我国广泛用于骨损伤修复。但是高压氧产生疗效的力学生物学机制尚不清楚。本研究旨在阐明高压氧治疗骨缺损对骨骼干细胞和血管的影响。由于高氧环境和力学刺激均可激活力学敏感蛋白Piezo1,推测骨骼干细胞通过Piezo1感应高压氧,从而调控血管生成,促进骨再生。方法培育了Prrx1-Cre;Piezo1fl/+条件性敲除小鼠检测Piezo1在Prrx1^(+)骨骼干细胞中的功能。在胫骨单面皮质骨缺损中,从术后第1天起每天施加高压氧,在术后5~8天每天对胫骨施加机械刺激。在术后第10天收集胫骨样本,使用μCT、组化染色和深层免疫荧光成像检测组织和细胞表征。结果高压氧显著提高了骨缺损内的骨体积、Prrx1^(+)细胞的数量和H型血管体积,以及Prrx1^(+)细胞与血管的偶联。然而,在Prrx1-Cre;Piezo1fl/+小鼠中,高压氧治疗未能显著增加血管体积或骨骼干细胞数量,也未显著改善骨修复。结论高压氧治疗通过激活Prrx1^(+)骨骼干细胞中的Piezo1提高成血管-成骨偶联,最终促进骨缺损修复。本研究为高压氧在骨缺损修复领域的临床应用提供了基于细胞力学生物学的科学依据。