Biglycan 片段（Bgm1）经 eIF6 耦合通路调控椎间盘 TGF-β 活性：脊柱健康新解

本文聚焦椎间盘退变（IDD）。研究发现 Biglycan 片段 Bgm1 在正常椎间盘中表达，退变时减少。它能与 eIF6 相互作用，调节 TGF-β 信号通路，影响代谢和炎症反应，为理解 IDD 机制及治疗提供新方向。

　　### 研究背景
椎间盘退变（Intervertebral disc degeneration，IDD）是常见的年龄相关脊柱疾病，严重影响生活质量。椎间盘的髓核（nucleus pulposus，NP）富含蛋白聚糖，赋予椎间盘机械强度和减震能力。NP 细胞（NPCs）来源于脊索，依靠无氧糖酵解供能。IDD 与 NPCs 的功能改变、细胞外基质（extracellular matrix，ECM）降解和纤维化重塑有关。

Biglycan 是一种细胞外基质蛋白，在骨骼发育和再生中起重要作用，其缺失会加速 IDD。此前研究报道了 Biglycan 的一个片段³⁴⁴YWEVQPATFR（称为 Bgm1），但它在健康和疾病中的作用尚不明确。本研究旨在探讨 Bgm1 在正常和退变椎间盘中的表达变化及其作用机制。

研究结果

1. Bgm1 表达与椎间盘退变的关系：研究人员使用定制抗体检测发现，Bgm1 在人及小鼠的 NP 中均有表达，且在脊索细胞内表达显著。在小鼠椎间盘发育过程中，Bgm1 从胚胎 15.5 天（E15.5）开始在原始 NPCs 中表达，而 Biglycan 在 E12.5 就已在脊索中出现。在成人小鼠中，Bgm1 主要在 NP 中产生，而在损伤诱导的 IDD 过程中，其表达明显减少；相比之下，Biglycan 在整个椎间盘均有表达。对人 NP 组织的检测也证实，退变样本中 Bgm1 蛋白表达显著降低。在小鼠穿刺诱导的 IDD 模型中，随着椎间盘退变，Bgm1 表达减少，而在损伤后 12 周部分恢复时，Bgm1 重新表达。这表明 Bgm1 的产生在 IDD 和 NP 基质重塑过程中会减少。
2. 外源性 Bgm1 对 NPCs 的影响：用荧光素异硫氰酸酯（fluorescein isothiocyanate，FITC）标记的 Bgm1 处理 JHC7 细胞，发现 Bgm1 被细胞摄取并定位于核周和细胞核。对非退变人 NPCs（hND-NPCs）用外源性 Bgm1 肽处理后进行转录组分析，结果显示外源性 Bgm1 显著上调了与 ECM 组织和结构组装相关的通路，而全长 Biglycan 则无此作用。此外，Bgm1 还显著富集了与上皮 - 间质转化（epithelial - mesenchymal transition，EMT）和 Myc 靶点相关的基因，这些基因与免疫抑制、细胞凋亡和衰老的调控有关。同时，Bgm1 还影响了吞噬作用识别和免疫球蛋白循环相关的通路，并且与全长 Biglycan 相比，Bgm1 在调节代谢、伤害感受和炎症过程方面有独特作用。
3. Bgm1 对 TGF-β1 信号通路的调节：转化生长因子 -β1（TGF-β1）信号对椎间盘正常发育至关重要，但过度激活会促进 IDD 进展。研究发现，Bgm1 能显著下调 TGF-β1 诱导的成纤维细胞标记物（如FAP、FSP和COL1A1）的表达，而全长 Biglycan 则无明显作用。转录组分析显示，TGF-β1 上调了与翻译起始、核糖体生物合成和聚糖生物合成相关的基因，同时下调了脂质代谢相关基因，尤其是脂肪酸分解代谢相关基因。添加外源性 Bgm1 可以下调 TGF-β1 触发的与胰岛素分泌、炎症反应和疼痛感知相关的通路，包括减少炎症相关基因（如PTGER4、CCL5、TLR9等）和疼痛感觉基因（如GNG7、SLC17A7、GRM1等）的表达。基因集富集分析（Gene Set Enrichment Analysis，GSEA）表明，Bgm1 能下调 TGF-β1 诱导的核糖体生物合成以及脂肪生成、糖酵解、胆固醇稳态和脂肪酸代谢等代谢通路。
4. Bgm1 与 eIF6 的相互作用：在 JHC7 细胞（一种常用的脊索细胞模型）中，Bgm1 主要在细胞质中表达。通过免疫沉淀和液相色谱 - 串联质谱（liquid chromatography–tandem mass spectrometry，LC-MS/MS）分析，发现 eIF6 是与 Bgm1 相互作用的候选蛋白之一，且二者结合亲和力较高。分子对接分析显示，Bgm1 与 eIF6 形成多种相互作用。共免疫沉淀实验进一步验证了它们的相互作用。研究还发现，在 JHC7 细胞和人 NPCs 中，存在一种推测的 Bgm1 - eIF6 复合物。免疫染色表明，eIF6 主要在细胞核中表达，而添加外源性 Bgm1 会诱导 eIF6 在细胞质中表达，且二者共定位增强。在穿刺诱导的退变小鼠椎间盘中，与健康椎间盘相比，NP 中核 eIF6 表达显著增加，这表明 Bgm1 与 eIF6 的相互作用促进了 eIF6 在细胞质中的转运和隔离，而 IDD 过程中 Bgm1 的缺失有利于 eIF6 向细胞核的转移。

研究讨论

本研究观察到 Bgm1 与全长 Biglycan 的表达模式不同，Bgm1 在 NP 功能中可能起独特作用，可作为正常椎间盘稳态的标志物。此前有研究报道了 Biglycan 其他片段在疾病中的作用，本研究推测一些未解释的现象可能与 Bgm1 在 C 末端形成的复合物有关。

eIF6 对核糖体合成和细胞翻译过程至关重要，其在代谢和组织稳态调节中也有作用。本研究表明 Bgm1 可能通过改变 eIF6 的穿梭和活性来调节 TGF-β 介导的组织重塑，影响翻译和细胞代谢。同时，Bgm1 对 TGF-β1 诱导的核糖体生物合成途径的抑制作用，提示其可能对椎间盘的蛋白质稳态有影响。

在研究中还发现，Biglycan 存在多种大小形式，可能与糖基化、切割或可变剪接有关。此外，Bgm1 处理 NPCs 可下调与疼痛感觉相关的通路，表明其可能在椎间盘疼痛调节中起作用。

本研究的局限性在于使用的穿刺模型虽然能模拟人 IDD 的一些特征，但与实际退变过程存在差异，未来研究可探索 Bgm1 在其他 IDD 模型或 Biglycan 富集组织系统中的作用。

综上所述，本研究发现 Bgm1 在椎间盘中具有独特的表达模式，它与 eIF6 相互作用，参与调节代谢和炎症通路，为理解脊柱健康和退变机制提供了新的视角，也揭示了小富含亮氨酸蛋白聚糖（small leucine - rich proteoglycan，SLRP）调节 TGF-β 功能的一种细胞内途径。