LRP1通过调控Wnt/PCP信号通路在骨骼发育中起关键作用：揭示骨骼畸形与关节病变的新机制

本研究揭示了低密度脂蛋白受体相关蛋白1(LRP1)在骨骼祖细胞中的关键作用，通过调控非经典Wnt/平面细胞极性(PCP)信号通路影响骨骼发育。研究人员利用条件性基因敲除小鼠模型(Lrp1flox/flox/Prrx1Cre)发现，LRP1缺失导致关节融合、软骨/骨模板畸形和原发性骨化延迟，最终造成严重的持续性骨骼缺陷。研究证实LRP1直接结合Wnt5a并调控其内吞降解和循环，为理解发育性髋关节发育不良(DDH)、骨质疏松和骨关节炎(OA)等骨骼疾病的发病机制提供了新思路。

　　

骨骼系统的正常发育是一个精密调控的过程，涉及复杂的信号网络。在众多调控因子中，低密度脂蛋白受体相关蛋白1(LRP1)因其多功能性而备受关注。既往研究表明，LRP1功能障碍与发育性髋关节发育不良(DDH)、骨质疏松和骨关节炎(OA)等多种骨骼疾病相关，但其在骨骼发育中的具体作用机制尚不清楚。特别是，LRP1如何在特定发育阶段和特定细胞类型中调控骨骼形态发生，这一关键科学问题亟待解答。

英国利物浦大学的研究团队在《Bone Research》发表的重要研究，通过构建条件性基因敲除小鼠模型(Lrp1^flox/flox/Prrx1^Cre)，系统研究了LRP1在骨骼祖细胞中的功能。研究发现LRP1在胚胎期E10.5就开始在骨骼祖细胞中高表达，特别是在软骨膜(perichondrium)这一对骨形成至关重要的干细胞层中。通过显微CT扫描、组织学分析、免疫荧光染色等技术，结合体外细胞实验和非洲爪蟾胚胎模型，研究团队揭示了LRP1通过调控Wnt/平面细胞极性(PCP)信号通路在骨骼发育中的关键作用。

研究采用的主要技术方法包括：条件性基因敲除小鼠模型构建(Lrp1^flox/flox/Prrx1^Cre)、杂交链式反应(HCR)检测基因表达、高分辨率显微CT扫描分析骨骼形态、免疫组织化学和免疫荧光染色定位蛋白表达、酶联免疫吸附试验(ELISA)检测蛋白相互作用、以及非洲爪蟾(Xenopus)胚胎模型验证信号通路调控。这些技术的综合应用为研究提供了多层次证据。

【LRP1在骨骼祖细胞中高表达，特别是在软骨膜中】

研究发现LRP1从胚胎期E10.5开始就在骨骼祖细胞中高表达。通过免疫组织化学染色显示，在E13.5至新生(P0)小鼠的肘关节中，LRP1信号最强的是软骨膜层。这一发现通过杂交链式反应(HCR)在E10.5野生型胚胎中得到进一步验证，显示Lrp1在膨大的肢芽间充质和体节中表达。条件性敲除小鼠(Lrp1^flox/flox/Prrx1^Cre)的肢芽中Lrp1表达特异性降低，证实了Prrx1^Cre介导的特异性敲除效果。

【条件性敲除Lrp1损害早期骨和关节形成】

研究发现Lrp1在骨骼祖细胞中的缺失导致关节融合、软骨/骨模板畸形和原发性骨化显著延迟或缺失。H&E染色显示，E16.5 Lrp1^flox/flox/Prrx1^Cre纯合子小鼠的肩、肘和膝关节出现这些异常，并在E18.5和P0新生小鼠中变得更加严重。特别值得注意的是，P0小鼠的髋关节出现显著畸形。高分辨率显微CT扫描显示，P0敲除小鼠的股骨和肱骨矿化骨长度较短，而E18.5胚胎中未观察到显著差异。

【LRP1介导Wnt5a和Wnt11的内吞作用】

研究通过ELISA证实LRP1直接高亲和力结合Wnt5a和Wnt11(表观结合常数K_D,app分别为31 nmol/L和42 nmol/L)，而与经典Wnt通路关键组分Wnt3a的结合可忽略不计(K_D,app>200 nmol/L)。免疫荧光共聚焦显微镜分析显示，在野生型小鼠胚胎成纤维细胞(MEFs)中，LRP1与Wnt5a共定位，而在LRP1敲除MEFs中，Wnt5a荧光信号显著降低，表明LRP1负责其细胞内摄取。研究还发现，与TIMP3等LRP1配体不同，Wnt5a的内吞清除速度较慢，提示可能存在内吞循环机制。

flox/flox/Prrx1^Cre小鼠长骨表型示意图。b-d显示Wnt5a、Wnt11和Wnt3a与固定化LRP1的结合曲线。e-h展示野生型和LRP1敲除MEFs中Wnt5a的细胞结合和内吞情况。'>

【LRP1调控发育肢体中Wnt5a的分布和活性】

免疫荧光共聚焦显微镜分析显示，在E16.5后肢中，LRP1与Wnt5a部分共定位。有趣的是，LRP1缺失导致E13.5肢体中Wnt5a免疫信号增加，而在E16.5肢体中则显著减少。研究还检测了Vangl2( Wnt/PCP核心组分)的表达和磷酸化，发现E13.5敲除肢体中总Vangl2和磷酸化Vangl2显著增加，而E16.5敲除肢体中Vangl2显著减少且几乎检测不到其磷酸化形式。这些结果表明LRP1通过调控Wnt5a间接影响Vangl2蛋白水平。

【Xenopus胚胎发育中LRP1调控Wnt/PCP信号】

研究利用非洲爪蟾(Xenopus)胚胎模型进一步验证了L