P2rx7介导的ATP感知通过调控间充质干细胞线粒体稳态延缓骨衰老的机制研究

本研究针对骨衰老过程中间充质干细胞(MSCs)功能衰退的机制难题，揭示了嘌呤能受体P2rx7通过感知ATP调控ERK信号敏感性，进而促进线粒体融合蛋白Mfn1介导的线粒体动态平衡，最终维持MSCs成骨分化能力的重要机制。研究人员通过构建P2rx7-/- 小鼠模型，结合Seahorse能量代谢分析、免疫电镜等前沿技术，首次阐明P2rx7-ERK-Mfn1轴在骨代谢中的核心作用，为抗衰老治疗提供了新靶点。

　　

骨骼系统作为人体重要的支撑结构，其衰老过程伴随着骨质疏松和骨折风险显著增加。随着全球老龄化加剧，揭示骨衰老的分子机制成为亟待解决的科学难题。既往研究表明，间充质干细胞(MSCs)的功能衰退是骨衰老的核心环节，而线粒体作为细胞的能量工厂，其动态平衡对干细胞命运决定至关重要。然而，外界信号如何调控MSCs线粒体稳态的机制尚不明确，特别是细胞外ATP这一重要信号分子是否参与该过程仍属未知领域。

北京大学健康科学中心的研究团队在《Journal of Advanced Research》发表的重要研究成果，首次系统阐明了嘌呤能受体P2rx7通过感知ATP信号调控MSCs线粒体功能的新机制。研究人员采用基因敲除小鼠模型，结合细胞能量代谢分析、高分辨率显微成像等技术，发现P2rx7缺失会导致线粒体网络断裂、能量代谢紊乱，最终加速骨衰老进程。这项研究不仅为理解骨衰老提供了新视角，更为开发靶向P2rx7的抗衰老策略奠定了理论基础。

关键技术方法包括：构建P2rx7^-/-
全基因敲除小鼠模型；Micro-CT分析骨微结构；Seahorse XF分析仪检测细胞耗氧率(OCR)和细胞外酸化率(ECAR)；免疫电镜定位P2rx7在线粒体的分布；线粒体膜电位(ΔΨM)检测；以及异位成骨实验评估MSCs成骨能力。

研究结果

骨衰老与P2rx7介导的MSCs功能损伤相关
对比年轻(6-8周)与老年(18月)小鼠发现，衰老骨骼中P2rx7表达显著降低，伴随MSCs线粒体形态异常（短棒状、分支减少）。单细胞测序分析显示，Prrx1⁺
骨祖细胞中P2rx7表达随年龄增长而下降，人类衰老MSCs同样呈现这一趋势。

P2rx7缺失导致早发性骨衰老
P2rx7^-/-
小鼠在4-6月龄即出现骨量减少、骨小梁稀疏等早衰表型，钙黄绿素双标记显示骨形成速率降低。值得注意的是，破骨细胞数量未见显著变化，提示表型主要源于成骨障碍。

P2rx7通过ATP感知调控MSCs成骨分化
低剂量BzATP（P2rx7激动剂）处理可增强MSCs矿化结节形成，提高Runx2、ALP等成骨标志物表达。移植实验证实，P2rx7激活组新生骨组织中CD31⁺
血管和ACAN⁺
软骨明显增多。

P2rx7决定MSCs线粒体能量代谢
Seahorse分析显示P2rx7^-/-
MSCs基础呼吸和ATP合成能力降低，糖酵解储备下降。透射电镜观察到线粒体肿胀变形，JC-1染色证实膜电位(ΔΨM)异常，mtDNA拷贝数减少，表明能量代谢全面受损。

P2rx7通过Mfn1介导线粒体融合
免疫电镜首次证实P2rx7定位于线粒体。P2rx7缺失导致融合蛋白Mfn1/Opa1表达降低，而分裂蛋白Drp1磷酸化增强。BzATP处理可特异性上调Mfn1（而非Mfn2），恢复线粒体网状结构，并减少细胞色素c释放。

P2rx7增强ERK通路敏感性调控线粒体稳态
RNA-seq揭示MAPK信号是最显著富集通路。机制上，P2rx7不直接结合Mfn1，而是增强bFGF诱导的ERK磷酸化。ERK抑制剂U0126可阻断BzATP促成的骨分化效应，证实ERK-Mfn1轴的关键作用。

恢复线粒体功能挽救骨衰老表型
二氯乙酸(DCA)处理可部分恢复P2rx7^-/-
MSCs的成骨能力。动物实验中，局部注射BzATP显著促进下颌骨缺损修复，新生骨区Mfn1表达增加。

结论与意义
该研究首次建立"ATP-P2rx7-ERK-Mfn1"信号轴在调控MSCs线粒体稳态中的核心地位，为理解骨衰老提供了新范式。发现低剂量BzATP可通过增强ERK信号敏感性促进线粒体融合，这一发现超越了传统认知中P2rx7仅作为离子通道的功能局限。临床转化方面，研究提示靶向P2rx7的小分子调节剂或线粒体代谢干预剂可能成为抗骨衰老的新策略。特别值得注意的是，研究采用的DCA（临床已用于代谢疾病治疗）展现出的改善效应，为快速推进转化研究提供了可能。未来研究可进一步探索P2rx7在不同组织干细胞中线粒体调控的普适性机制。