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为探究 METTL14 在骨代谢中的作用,研究人员以骨质疏松患者及 OVX 小鼠 BMSCs 为对象,发现 METTL14 通过 m6A 修饰经 IGF2BP3 稳定 TBK1 mRNA,促进线粒体自噬以增强成骨分化,为骨质疏松治疗提供新靶点。
骨质疏松是全球日益严峻的健康挑战,尤其绝经后骨质疏松(PMO)因雌激素缺乏导致骨重建失衡,引发骨量低下与微结构退化。在口腔领域,其导致拔牙后牙槽骨愈合延迟、种植牙骨结合不良,严重影响患者生活质量。尽管现有药物如双膦酸盐可降低骨折风险,但长期安全性与停药后骨丢失问题限制了应用。近年来,RNA 表观遗传学兴起,其中 N6 - 甲基腺苷(m6A)修饰作为真核生物最常见的 mRNA 内部修饰,通过 “书写器”“擦除器”“阅读器” 蛋白调控 mRNA 命运,在骨髓间充质干细胞(BMSCs)分化中扮演关键角色。已有研究表明,m6A 修饰异常会推动 BMSCs 向脂肪细胞分化而非成骨细胞,但 METTL14 作为 m6A 甲基转移酶复合体核心成分,其在骨代谢中的具体分子机制仍不明确。与此同时,线粒体质量控制,尤其是线粒体自噬(选择性清除受损线粒体的过程),被证实对维持骨稳态至关重要,但其与 METTL14 在 BMSCs 中的关联尚未见报道。TBK1(TANK 结合激酶 1)作为线粒体自噬的关键调控因子,参与 PINK1/Parkin 依赖与非依赖通路,但其是否受 METTL14 调控亦未可知。在此背景下,南京医科大学附属口腔医院的研究团队开展了相关研究,旨在揭示 METTL14 与线粒体自噬在 BMSCs 成骨分化中的关联,为骨质疏松治疗提供新方向。该研究成果发表于《Cellular Signalling》。
研究人员主要采用了以下关键技术方法:通过收集 10 名 55-70 岁女性供体(其中 5 名骨质疏松患者)的种植窝松质骨碎片,分离培养原代 BMSCs;构建卵巢切除(OVX)小鼠模型模拟绝经后骨质疏松,提取上颌第一磨牙观察牙槽骨愈合情况;运用转录组测序筛选差异表达基因;通过 JC-1 检测线粒体膜电位、Mitosox 检测线粒体氧化应激、mt-Keima 检测线粒体自噬活性、Western blotting 与免疫荧光检测相关蛋白表达;利用 qRT-PCR 验证基因表达,通过放线菌素 D 处理实验分析 mRNA 稳定性;进行线粒体 - 溶酶体共定位实验观察自噬进程;通过体内实验观察 METTL14 过表达对 OVX 小鼠牙槽骨愈合的影响。
METTL14 在 OP 患者和 OVX 小鼠中表达降低
通过建立 OVX 小鼠模型并进行 micro-CT 与 H&E 染色,发现 OVX 小鼠股骨远端骨小梁体积与厚度显著减少,且 BMSCs 成骨分化能力受损。同时,骨质疏松患者与 OVX 小鼠来源的 BMSCs 中 METTL14 表达均下调,提示 METTL14 可能与骨质疏松的发生发展相关。
METTL14 促进 BMSCs 成骨分化
功能缺失实验表明,敲低 METTL14 后,BMSCs 的成骨分化相关标志物表达显著降低,成骨结节形成减少,证实 METTL14 对 BMSCs 成骨分化具有关键促进作用。
METTL14 调控线粒体自噬
转录组测序显示 METTL14 与线粒体自噬显著相关。一系列功能实验(JC-1、Mitosox、mt-Keima 等)证实,METTL14 可增强线粒体膜电位、减少氧化应激、促进线粒体自噬,表明其对线粒体自噬具有正向调控作用。
TBK1 是 METTL14 调控线粒体自噬的关键下游靶点
qRT-PCR 与拯救实验显示,TBK1 在 METTL14 敲低的 BMSCs 中表达显著下调,而过表达 TBK1 可部分逆转 METTL14 缺失导致的线粒体自噬缺陷与成骨分化障碍,确定 TBK1 为 METTL14 的关键下游靶点。
IGF2BP3 识别 m6A 修饰并稳定 TBK1 mRNA
机制研究发现,METTL14 通过 m6A 修饰在 TBK1 mRNA 上添加甲基化标记,m6A 阅读器蛋白 IGF2BP3 识别并结合该修饰,通过放线菌素 D 处理实验证实其可延长 TBK1 mRNA 半衰期,从而稳定 TBK1 表达,调控线粒体自噬与成骨分化。
体内实验验证 METTL14 促进牙槽骨愈合
在 OVX 小鼠模型中,过表达 METTL14 可显著加速拔牙后牙槽骨愈合,增加骨密度与骨小梁连接性,进一步验证了 METTL14 在骨质疏松治疗中的潜在应用价值。
研究结论表明,METTL14 通过 m6A-IGF2BP3-TBK1 通路调控线粒体自噬,进而促进 BMSCs 成骨分化,其在 OVX 小鼠中的促骨再生作用为绝经后骨质疏松治疗提供了新的治疗靶点。该研究首次揭示了 METTL14 与线粒体自噬在骨代谢中的关联,拓展了 m6A 修饰在骨质疏松中的调控机制,为开发基于 METTL14 的靶向治疗策略奠定了基础。尽管仍需进一步研究阐明其他潜在机制,但该成果为骨质疏松的表观遗传治疗开辟了新方向,有望改善骨质疏松患者的骨愈合能力与口腔功能康复效果。