嘌呤能受体P2Y2和P2X4介导冲击波治疗促进细胞增殖的分子机制研究

冲击波治疗(SWT)在多种组织修复中效果显著但机制不明。奥地利应用科学大学Technikum Wien的Dorota Szwarc-Hofbauer团队通过CRISPR/Cas9构建P2Y2/P2X4双敲除小鼠间充质干细胞，首次揭示SWT通过激活嘌呤能受体-Erk1/2 MAPK-c-Fos/c-Jun通路促进增殖，为优化临床治疗方案提供新靶点。

　　

冲击波治疗(SWT)作为一种非侵入性疗法，已广泛应用于肌肉骨骼疾病、泌尿系统障碍和慢性伤口再生等领域。尽管其临床效果显著，但背后的分子机制仍不明确。这种认知空白限制了治疗方案的精准优化，特别是在不同组织中观察到的疗效差异可能与细胞特异性响应机制相关。近年来，研究提示机械刺激导致的ATP释放和嘌呤能受体激活可能是关键，但具体受体亚型及其下游信号通路尚未阐明。

为解答这一科学问题，奥地利应用科学大学Technikum Wien的Dorota Szwarc-Hofbauer团队在《Scientific Reports》发表研究，通过多组学分析和基因编辑技术系统揭示了P2Y₂和P2X₄受体在SWT诱导增殖中的核心作用。研究人员首先通过RNA测序锁定C3H/10T1/2小鼠间充质干细胞中高表达的嘌呤能受体亚型，随后利用CRISPR/Cas9构建单/双受体敲除细胞系，结合磷酸化蛋白检测、qPCR和BrdU增殖实验等，解析了从机械刺激到基因表达的完整信号通路。

主要技术方法
研究采用CRISPR/Cas9基因编辑构建P2Y₂、P2X₄单敲除及双敲除细胞系；通过RNA-seq分析SWT处理30分钟和6小时后的转录组变化；Western blot检测Erk1/2磷酸化水平；qPCR验证c-Fos/c-Jun等即刻早期基因(IEGs)表达；BrdU掺入实验量化增殖效应。

Shock wave treatment induces short- and long-term transcriptional changes
RNA-seq显示SWT处理后30分钟即有10个基因显著上调，包括转录因子c-Fos和c-Jun。6小时后差异基因增至233个，功能富集分析揭示这些基因与血管生成、骨重塑等修复过程相关。qPCR证实c-Fos表达在30分钟升高15.7倍，验证了SWT对IEGs的快速激活。

Activation of Erk1/2 MAPK after SWT induces the expression of immediate early genes
时序实验发现SWT能在10分钟内诱导Erk1/2磷酸化（3倍增幅），持续60分钟以上，而ATP刺激效果延迟且较弱。c-Fos表达峰值（20.5倍）出现在45分钟，显示Erk1/2-c-Fos/c-Jun级联反应的时序特征。

Loss of purinergic receptors affects cellular response to SWT
在P2Y₂或P2X₄敲除细胞中，SWT诱导的Erk1/2磷酸化分别降低40%和30%，双敲除细胞则完全丧失响应。有趣的是，ATP刺激的Erk1/2激活在所有敲除模型中均消失，提示SWT还存在非ATP依赖的激活途径。

c-Fos activation upon SWT is impaired in P2Y2- and P2X4-deficient cells
c-Fos转录在P2Y₂敲除细胞中显著减弱（较野生型降低60%），而P2X₄敲除影响较小，表明P2Y₂在IEGs调控中占主导地位。双敲除细胞中c-Fos激活完全阻断，证实受体功能冗余。

Loss of purinergic receptors attenuates pro-proliferative effects of SWT
增殖实验显示SWT使野生型细胞BrdU掺入量增加1.5倍，而P2Y₂/P2X₄双敲除细胞无响应。单敲除细胞的增殖增幅缩减至1.25倍，证实两种受体协同介导SWT的促增殖效应。

结论与意义
该研究首次阐明SWT通过P2Y₂/P2X₄受体-Erk1/2-c-Fos/c-Jun信号轴促进细胞增殖的分子机制。发现P2Y₂在信号转导中的主导作用，为临床靶向治疗提供理论依据。研究还提示组织间受体表达差异可能是SWT疗效不一的原因，未来治疗方案需考虑个体化调整。这一成果不仅深化了对机械刺激-生化信号转换的理解，也为开发新型组织再生策略奠定基础。