新型tRF-23通过靶向SOCS1/JAK2/STAT3轴促进hBMSCs成骨分化并缓解卵巢切除小鼠骨丢失

《Stem Cell Reports》：The novel tRF-23 promotes osteogenic differentiation of hBMSCs and protects against bone loss in ovariectomized mice

本研究针对骨质疏松症中hBMSCs成骨分化受损的关键病理环节，首次揭示tRNA衍生片段tRF-23通过AGO3介导靶向抑制SOCS1表达，进而激活JAK2/STAT3信号通路促进成骨分化的新机制。在OVX小鼠模型中，AAV9介导的tRF-23过表达显著改善骨微结构、减少骨髓脂肪积累，为骨质疏松治疗提供了新型RNA靶点。

　　

随着全球人口老龄化加剧，骨质疏松症已成为严重影响公共健康的骨骼疾病。这种全身性骨病以骨量减少、骨微结构破坏为特征，导致骨骼脆性增加和骨折风险上升。其中绝经后骨质疏松最为常见，患者不仅面临骨折风险，严重时甚至危及生命。当前主流治疗药物包括促进骨形成的合成代谢剂和抑制骨吸收的抗吸收剂，但存在不良反应大、长期疗效欠佳等局限。

人类骨髓间充质干细胞（hBMSCs）具有多向分化潜能，可分化为成骨细胞、脂肪细胞和软骨细胞。研究表明，hBMSCs向成骨细胞分化障碍与原发性骨质疏松的发病机制密切相关，因此促进干细胞成骨分化成为治疗新策略。近年来，tRNA衍生片段（tRFs）作为新型小非编码RNA引起关注，但其在骨质疏松中的作用尚未明确。

在这项发表于《Stem Cell Reports》的研究中，廖海春团队通过小RNA测序技术发现，在hBMSCs成骨分化过程中，tRF-23-V2Y8L981DV（简称tRF-23）表达显著上调。进一步实验证实，过表达tRF-23可增强基质矿化和碱性磷酸酶（ALP）活性，促进成骨标志物RUNX2、ALP和骨钙素（OCN）表达；而敲低tRF-23则产生相反效果。

机制研究表明，tRF-23通过AGO3蛋白介导靶向细胞因子信号抑制因子1（SOCS1）的3'-非翻译区。SOCS1作为JAK2/STAT3信号通路上游抑制因子，其表达下调可激活JAK2/STAT3磷酸化。当使用AG490抑制剂阻断JAK2/STAT3通路时，tRF-23的促成骨作用被显著削弱。

在动物实验中，研究人员建立卵巢切除（OVX）小鼠模型，通过骨髓腔内注射AAV9-tRF-23病毒进行干预。Micro-CT分析显示，tRF-23过表达显著改善骨小梁参数（BV/TV、Tb.Th、Tb.N），降低骨小梁分离度（Tb.Sp）。组织学染色进一步证实tRF-23治疗组骨髓脂肪组织（MAT）沉积减少，成骨细胞数量增加。这些发现首次阐明tRF-23通过SOCS1/JAK2/STAT3轴调控骨代谢平衡的分子机制，为骨质疏松的RNA靶向治疗提供新思路。

关键技术方法包括：Illumina HiSeq X-ten平台进行小RNA测序分析tRF表达谱；慢病毒载体构建tRF-23过表达/敲低稳转细胞系；双荧光素酶报告基因验证tRF-23与SOCS1靶向关系；ChIRP-MS和RIP实验鉴定AGO3与tRF-23相互作用；Micro-CT和骨组织形态计量学评估小鼠骨微结构；使用15只C57BL/6J雌鼠建立OVX模型并通过骨髓腔注射AAV9进行基因治疗。

研究结果如下：

Evaluation of tRF expression profiles during hBMSC osteogenesis

通过小RNA测序发现hBMSCs成骨分化过程中tRF-23表达显著上调，RT-qPCR验证其在分化第7天达到峰值，提示其可能作为成骨分化的关键调控因子。

tRF-23 regulates hBMSC osteogenic differentiation

功能实验表明过表达tRF-23增强基质矿化和ALP活性，促进成骨标志物表达；敲低tRF-23则抑制成骨分化，证实其正向调控作用。

tRF-23 directly targets SOCS1

生物信息学预测和双荧光素酶报告实验证实tRF-23直接结合SOCS1的3'-UTR区域，调控其表达水平。

AGO3 serves as a mediator of the targeting of SOCS1 by tRF-23

ChIRP-MS和RIP实验发现AGO3是tRF-23的关键结合蛋白，介导其对SOCS1的靶向调控作用。

tRF-23 targets SOCS1 to control hBMSCs osteogenesis through the regulation of JAK2/STAT3 activity

Western blot显示tRF-23通过调控SOCS1影响JAK2/STAT3磷酸化水平，通路抑制剂实验验证该信号轴在成骨分化中的必要性。

Injection of AAV9-tRF-23 into the bone marrow cavity protects against bone loss and marrow adipose tissue accumulation in a mouse model of OVX-induced osteoporosis

动物实验证实AAV9-tRF-23治疗可改善OVX小鼠骨微结构，减少骨髓脂肪积累，恢复骨形成与脂肪生成平衡。

研究结论表明，tRF-23通过AGO3介导靶向SOCS1，解除对JAK2/STAT3信号通路的抑制，从而促进hBMSCs成骨分化。在OVX模型中，tRF-23过表达有效缓解骨丢失和骨髓脂肪化，为阐明骨质疏松发病机制和开发新型治疗策略提供重要理论依据。该研究不仅揭示tRFs在骨代谢中的新功能，也拓展了非编码RNA在干细胞命运调控中的作用认知，对年龄相关骨疾病治疗具有转化医学价值。