褪黑素通过调控KLF5启动子去甲基化促进骨髓间充质干细胞成骨分化抑制成脂分化的表观遗传机制

为解决骨质疏松中骨髓间充质干细胞（BMSCs）成骨-成脂分化失衡的难题，兰州大学第二医院团队通过卵巢切除（OVX）小鼠模型和体外实验，揭示褪黑素通过KLF5启动子去甲基化促进成骨分化、抑制成脂分化的新机制，为骨质疏松治疗提供潜在表观遗传靶点。

　　

骨质疏松症是威胁中老年人骨骼健康的重要疾病，其核心病理特征在于骨髓中脂肪组织异常堆积伴随骨量减少。这种现象背后，隐藏着骨髓间充质干细胞（BMSCs）的"身份选择困境"——本该分化为成骨细胞的BMSCs错误地转向了成脂分化方向。近年来，褪黑素这一调控昼夜节律的激素被发现在骨代谢中扮演重要角色，但其如何影响BMSCs命运决定的分子机制始终蒙着神秘面纱。

兰州大学第二医院的研究团队在《Cellular Signalling》发表的研究中，首次揭示了褪黑素通过表观遗传调控KLF5转录因子表达，重塑BMSCs分化平衡的创新机制。研究人员采用卵巢切除（OVX）诱导的骨质疏松小鼠模型，结合体外BMSCs分化实验，通过micro-CT扫描、组织学分析、甲基化特异性PCR和基因干扰等技术，系统解析了褪黑素-KLF5轴在骨稳态调控中的作用。

在"Melatonin reversed ovariectomy (OVX)-induced low bone mass, aberrant marrow adiposity accumulation, and a decrease of KLF5 level in bone tissue"部分，研究发现每日10 mg/kg褪黑素治疗两个月可显著逆转OVX小鼠的骨量丢失，提高骨密度28.7%，同时骨髓脂肪面积减少62.4%。关键的是，褪黑素组骨组织中KLF5蛋白表达水平较OVX对照组提升2.3倍。

体外实验证实，褪黑素处理使BMSCs的成骨标志物Runx2和OCN表达增加3.1倍，而成脂标志物PPARγ和C/EBPα降低67%。甲基化分析显示，褪黑素使KLF5启动子区CpG位点甲基化水平下降42%，伴随KLF5 mRNA表达升高2.8倍。当研究人员敲低KLF5时，褪黑素的促骨生成作用被完全抵消；反之，过表达KLF5可模拟褪黑素效应，使碱性磷酸酶活性提高2.4倍，油红O染色面积减少81%。

讨论部分指出，该研究首次阐明褪黑素通过KLF5启动子去甲基化实现"双管齐下"的调控：既激活Wnt/β-catenin通路促进成骨，又抑制PPARγ信号通路阻断成脂。这一发现不仅解释了临床观察到的褪黑素骨保护作用，还为开发靶向DNA甲基化的骨质疏松治疗策略提供了理论依据。值得注意的是，KLF5在多种组织中广泛表达，该研究提示其可能成为代谢性骨病与代谢综合征共治的新靶点。

这项研究获得国家自然科学基金（81960403、82060405、82360436）等多项资助，其创新性在于将褪黑素的生理功能与表观遗传调控网络相连接，为理解激素-基因-环境互作在骨代谢中的作用提供了全新视角。未来研究可进一步探索褪黑素最佳给药方案及与其他抗骨质疏松药物的协同效应，推动其向临床转化。