南方医PLOS解析mTOR信号在骨形成中的作用

八月四日，来自南方医科大学和中山大学的研究人员在国际著名学术期刊《PLOS Genetics》发表一项研究成果。在这项研究中，研究人员揭示了mTOR复合物1（mTORC1）在成骨细胞形成中的作用。mTORC1可刺激前成骨细胞的增殖，但是通过激活Notch通路阻止它们的分化和抑制骨形成。

　　

生物通报道：雷帕霉素的作用靶点mTOR可与细胞内和细胞外信号结合，调节细胞生长和代谢。然而，mTOR信号在成骨细胞分化和骨形成中的作用，还是不确定的，其潜在的机制也尚未阐明。

八月四日，来自南方医科大学和中山大学的研究人员在国际著名学术期刊《PLOS Genetics》发表一项研究成果，题为“mTORC1 Prevents Preosteoblast Differentiation through the Notch Signaling Pathway”。在这项研究中，研究人员揭示了mTOR复合物1（mTORC1）在成骨细胞形成中的作用。mTORC1可刺激前成骨细胞的增殖，但是通过激活Notch通路阻止它们的分化和抑制骨形成。

本文通讯作者是南方医科大学博士生导师白晓春博士。白晓春2002年博士毕业于第一军医大学，2002年至2004年为第一军医大学讲师，2004年至2007年，南方医科大学副教授，2005年至2007年在美国匹兹堡大学医学院从事博士后研究，此后为南方医科大学教授。研究方向为细胞信号转导，近年主持国家、省部级课题10项，其中国家自然科学基金课题3项。在mTOR信号通路调节机制、活性氧调节骨代谢方面的研究取得了一定成绩。以第一作者或通讯作者在Science、J. Biol. Chem.等期刊上发表论文10多篇，并被Science、Nature等期刊引用200多次。延伸阅读：南方医科大《Cancer Research》发表肿瘤转移新结果。

这项研究报道称，mTOR复合物1（mTORC1）的激活，是前成骨细胞增殖所必需的；然而，mTORC1的失活对于其分化和成熟，是至关重要的。抑制mTORC1可阻止前成骨细胞的增殖，但是可在体外及小鼠中增强它们的分化。通过删除小鼠前成骨细胞中的结节状硬化1（Tsc1）而激活mTORC1，由于过度增殖而损害细胞的分化和成熟，可产生未成熟的编织骨。

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mTORC1特异性抑制剂——雷帕霉素，可恢复这些体外和体内表型的变化。具体来说，mTORC1可通过STAT3/P63/Jagged/Notch通路的激活以及Runx2的下调，阻止成骨细胞的成熟。具有极度活跃的mTORC1的成骨前体细胞，当受到Notch通路的抑制时，会重新获得完全分化和成熟的能力。

总而言之，这些研究结果确定了mTORC1在成骨细胞形成中的作用，并确定，mTORC1可通过Notch信号通路的激活，而抑制前成骨细胞的分化和成熟。

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
mTORC1 Prevents Preosteoblast Differentiation through the Notch Signaling Pathway
Abstract: The mechanistic target of rapamycin (mTOR) integrates both intracellular and extracellular signals to regulate cell growth and metabolism. However, the role of mTOR signaling in osteoblast differentiation and bone formation is undefined, and the underlying mechanisms have not been elucidated. Here, we report that activation of mTOR complex 1 (mTORC1) is required for preosteoblast proliferation; however, inactivation of mTORC1 is essential for their differentiation and maturation. Inhibition of mTORC1 prevented preosteoblast proliferation, but enhanced their differentiation in vitro and in mice. Activation of mTORC1 by deletion of tuberous sclerosis 1 (Tsc1) in preosteoblasts produced immature woven bone in mice due to excess proliferation but impaired differentiation and maturation of the cells. The mTORC1-specific inhibitor, rapamycin, restored these in vitro and in vivo phenotypic changes. Mechanistically, mTORC1 prevented osteoblast maturation through activation of the STAT3/p63/Jagged/Notch pathway and downregulation of Runx2. Preosteoblasts with hyperactive mTORC1 reacquired the capacity to fully differentiate and maturate when subjected to inhibition of the Notch pathway. Together, these findings identified the role of mTORC1 in osteoblast formation and established that mTORC1 prevents preosteoblast differentiation and maturation through activation of the Notch pathway.