骨组织损伤和疾病是世界范围内的重要健康问题之一。骨组织工程旨在研发新的方法和技术，以促进骨组织的再生和修复，为骨丢失或骨代谢等相关疾病的治疗提供新的解决方案。人脂肪干细胞（human adipose-derived stem cells，hASCs）是一种多能干细胞，存在于人体脂肪组织中。近年来，hASCs在骨组织工程领域中扮演着重要角色，通过诱导其向骨细胞分化，可以促进骨组织的再生和修复。因此深入研究hASCs成骨的调控机制对于开发治疗骨相关疾病的新策略至关重要。然而，目前对于调控hASCs成骨分化的确切机制尚未完全阐明。

南方医科大学基础医学院戴景兴教授和欧阳钧教授团队在本刊发表了题为“Actin polymerization regulates the osteogenesis of hASCs by influencing α-tubulin expression and Eg5 activity”的研究快讯，研究表明肌动蛋白的聚合可以通过调控微管蛋白的表达以及驱动蛋白Eg5的活性调节人脂肪干细胞的成骨分化。

1、研究方法

本研究通过分析来自GEO数据库的GSE75433数据集中的微阵列数据，鉴别了一个可能调节hASCs成骨分化的关键基因Eg5。用100 μM Monastrol（Mona）抑制 Eg5的活性。用20 ng/mL nocodazole （NSC）解聚微管，干扰微管的动态稳定性。用20 nM的Jasplakinolide（JAS）促进肌动蛋白微丝的聚合。通过shYAP下调YAP的表达，通过YAP过表达慢病毒上调YAP的表达。最后通过回复实验明确β-肌动蛋白、α-微管蛋白、Eg5和YAP等蛋白在成骨分化中的作用。

2、研究结果

研究发现，在hASCs成骨分化过程中，β-肌动蛋白、α-微管蛋白以及Eg5等蛋白表达被上调。免疫荧光染色实验显示，成骨分化过程中肌动蛋白应力纤维的数量变多，微管纤维沿细胞长轴方向排列，Eg5与微管的共定位增加。用含100 μM Mona的成骨诱导液处理细胞，观察到细胞表达更少的OPN和RUNX2，同时其ALP 染色强度弱于对照组。但是Mona处理细胞后并没有观察到显著的微管形态改变和蛋白表达改变。因此抑制Eg5活性可导致细胞成骨功能受损。20 ng/mL NSC可以有效地干扰微管的动态稳定性，导致微管解聚，并显著抑制Eg5的活性。用含NSC的成骨诱导液处理细胞，观察到细胞表达更少的OPN和RUNX2，同时其ALP 染色强度弱于对照组。数据表明微管解聚导致Eg5活性降低，hASCs成骨减少，信号转导的方向是从微管到Eg5。20 nM JAS可以有效促进肌动蛋白聚合，同时导致α-微管蛋白表达上调，并增强Eg5的活性。用含20 nM JAS的成骨诱导液处理细胞，观察到细胞表达更多的OPN和RUNX2，同时其ALP 染色强度强于对照组。这提示肌动蛋白聚合导致Eg5活性升高，细胞成骨功能增强，信号转导方向为肌动蛋白→微管→Eg5。回复实验表明抑制Eg5可减弱肌动蛋白聚合诱导的hASCs成骨分化增强，同样地，微管解聚也可以减弱肌动蛋白聚合诱导的细胞分化成骨分化增强（图1）。随后观察到当Eg5活性被抑制或微管解聚时，YAP和TAZ的表达降低。然而，在肌动蛋白聚合过程中，只有YAP被观察到显著上调，而TAZ则没有（图2）。因此， YAP被认为是β-肌动蛋白、α-微管蛋白和Eg5共同的下游分子。一系列的回复实验表明下调YAP的表达可减弱肌动蛋白聚合引起的细胞成骨增强，而过表达YAP的表达可以挽救由于Eg5抑制而导致的细胞成骨减少（图3）。

图1 肌动蛋白聚合通过影响α-微管蛋白的表达和Eg5活性调控hASCs的成骨分化（原文中Figure 1A–V）

图2 YAP是Eg5的下游分子（原文中Figure S6）

图3 回复实验证实YAP是Eg5的下游分子（原文中Figure 1W–Z）

3、研究结论

研究团队揭示了hASCs的成骨信号方向的转导方向，即从肌动蛋白微丝延伸到微管再到Eg5。肌动蛋白聚合通过影响α-微管蛋白表达和Eg5活性来调节hASCs的成骨。此外，YAP 可作为Eg5的下游分子参与调控细胞成骨分化。该研究不仅增进了我们对微丝和微管重组的理解，也为骨组织工程研究领域的进一步探索提供了新的角度。

文章来源

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https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352304224001776

引用这篇文章：

Fan T, Liu W, Qu R, et al. Actin polymerization regulates the osteogenesis of hASCs by influencing α-tubulin expression and Eg5 activity. Genes Dis. 2024;12(2):101380.

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