TCF7L2通过调控GPX4抑制铁死亡并促进间充质干细胞成骨分化的双重作用机制研究

本研究针对临界尺寸骨缺损修复难题，揭示了转录因子TCF7L2通过调控GPX4抵抗铁死亡（ferroptosis）并增强骨髓间充质干细胞（BMSCs）成骨分化的新机制。研究人员通过基因编辑技术结合小鼠颅骨缺损模型，首次证实TCF7L2过表达可显著提升BMSCs增殖能力、矿化结节形成及体内骨再生效率，为骨组织工程提供了新型分子靶点。

　　

骨缺损修复一直是临床面临的重大挑战，特别是临界尺寸骨缺损（critical-sized bone defects）因自发愈合能力差，常导致骨不连或延迟愈合。传统自体骨移植虽为金标准，但存在供体有限和二次创伤等问题。近年来，骨髓间充质干细胞（BMSCs）因其多向分化潜能成为骨再生研究热点，但骨缺损微环境中的氧化应激和铁死亡（ferroptosis）会严重损害BMSCs的存活与成骨能力。铁死亡作为一种铁依赖性细胞死亡形式，以脂质过氧化积累为特征，而谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）是其关键调控因子。与此同时，转录因子TCF7L2作为Wnt信号通路的核心组分，已被报道在肿瘤中具有抗铁死亡作用，但其在骨再生中的角色仍属未知。

广西医科大学的研究人员通过系列实验首次揭示了TCF7L2的双重功能：一方面通过上调GPX4抑制BMSCs铁死亡，另一方面促进其成骨分化。研究通过构建TCF7L2敲低/过表达的BMSCs模型，结合铁死亡诱导剂erastin和抑制剂Fer-1处理，发现TCF7L2过表达可显著降低活性氧（ROS）、丙二醛（MDA）和Fe²⁺水平，维持线粒体膜电位（MMP），而GPX4敲除则逆转了这一保护效应。在成骨诱导实验中，TCF7L2过表达使Runx2、OCN等成骨标志物表达提升2倍以上，矿化结节增加1.8倍。小鼠颅骨缺损模型证实，局部注射TCF7L2过表达慢病毒可使骨体积分数（BV/TV）提升2.1倍，显著加速骨愈合。该研究发表于《European Journal of Medical Research》。

关键技术包括：1）建立erastin诱导的BMSCs铁死亡模型；2）慢病毒介导的TCF7L2稳定过表达及siRNA瞬时转染；3）微CT三维重建量化颅骨再生效果；4）JC-1荧光探针检测线粒体膜电位变化；5）免疫组化分析OCN和GPX4表达。

主要研究结果：

1. 铁死亡模型验证：1 μmol/L erastin处理使BMSCs存活率降至74.14%，伴随GPX4和SLC7A11蛋白表达下调，而5 μmol/L Fer-1可逆转该效应。

2. TCF7L2调控铁死亡：TCF7L2敲低使erastin处理的BMSCs中ROS升高1.5倍，GSH降低40%；过表达则使MDA减少60%，Fe²⁺水平下降35%。

3. GPX4机制验证：TCF7L2过表达使GPX4蛋白增加2.3倍，而GPX4敲除使ROS回升至对照组1.8倍，证实GPX4为下游靶点。

4. 成骨功能增强：TCF7L2过表达组ALP活性提高2.1倍，OCN mRNA表达增加3倍，微CT显示新骨面积增加110%。

结论与意义： 该研究首次阐明TCF7L2-GPX4轴在骨再生中的双重调控机制，不仅为理解铁死亡与成骨分化的交叉对话提供新视角，更为临床开发靶向TCF7L2的基因疗法或小分子药物奠定理论基础。未来需进一步探索TCF7L2在人类BMSCs中的调控网络及其在骨质疏松等疾病中的应用潜力。