Sirt1-Piezo1轴通过去乙酰化激活机械敏感离子通道促进小鼠骨形成与修复的机制及靶向治疗策略

本研究揭示了Sirt1作为Piezo1离子通道的新型调控因子，通过去乙酰化修饰增强Piezo1蛋白表达和活性，从而促进骨形成和骨折修复。研究团队开发了基于酵母微胶囊（YC）的口服递送系统，成功实现白藜芦醇（RSV）和SRT2104（SRT）在骨折部位的靶向递送，为临床治疗骨缺损提供了创新性治疗策略。

　　

2.1 Piezo1在机械诱导成骨和骨修复过程中软骨骨痂内上调

研究发现机械敏感性离子通道Piezo1在骨折愈合过程中表达显著上调。通过建立小鼠股骨骨折模型和牵张成骨（DO）模型，发现在骨折后1周，软骨骨痂区域Piezo1、Osx和Col2a1表达显著增加。单细胞RNA测序分析显示，Piezo1在软骨细胞谱系中特异性高表达，而在骨折后第14天，软骨细胞中Piezo1表达进一步上调。人类软骨骨痂组织分析也证实了Piezo1的上调现象。

2.2 软骨细胞中缺失Piezo1损害小鼠内软骨骨化、骨折愈合和机械诱导的骨形成

通过构建软骨细胞特异性Piezo1敲除（cKO）小鼠模型，研究发现Piezo1缺失导致骨痂矿化减少、未矿化间隙增大、骨小梁减少和软骨组织增多。在DO模型中，Piezo1缺失同样减少了骨量， distraction间隙存在大量纤维组织，骨小梁未能闭合间隙。此外，Piezo1缺失还增加了生长板宽度，抑制了生长板的内软骨骨化，并促进了破骨细胞形成。

2.3 Piezo1激活促进小鼠成骨和骨修复

使用Piezo1特异性激动剂Yoda1处理骨折和DO模型小鼠，发现Yoda1显著促进骨折愈合，增强骨痂矿化，增加骨小梁体积和矿物质密度，并提高成骨蛋白Runx2的表达。在DO模型中，Yoda1处理加速了骨折间隙闭合，增加了血管形成相关蛋白的表达。

2.4 Sirt1促进Piezo1蛋白表达和活性

研究发现Sirt1与Piezo1蛋白结合，并使其去乙酰化，从而激活Piezo1和Ca²⁺内流。Sirt1过表达或激活显著增加Piezo1蛋白表达，且呈剂量依赖性。通过Co-IP实验证实Sirt1与Piezo1结合，Sirt1激活剂SRT2104（SRT）降低Piezo1乙酰化水平。单细胞钙成像显示，SRT和Yoda1诱导的钙流在无钙溶液中显著降低，且siRNA敲低Piezo1表达后钙流显著减少。结构预测显示Sirt1与Piezo1的K2174位点形成氢键，可能是Sirt1激活Piezo1的关键位点。

2.5 口服YC-SRT高效选择性靶向小鼠骨折部位

研究开发了基于酵母微胶囊（YC）的口服递送系统，用于递送SRT。YC-SRT在酸性环境（pH 6.6）中表现出更快更有效的药物释放。体内实验显示，YC-SRT荧光信号仅在骨折部位检测到，并在至少14天内持续存在，表明其具有高效和缓释特性。YC-SRT处理促进骨折愈合，增加骨痂矿化、骨矿物质密度、骨小梁厚度和密度，以及成骨基因表达水平。

2.6 Piezo1缺失减弱Sirt1加速的小鼠骨折愈合

在Piezo1 cKO小鼠中，YC-SRT促进骨折愈合的效果显著减弱，表明Sirt1促进骨折愈合依赖于Piezo1的存在。Piezo1缺失降低了SRT增加的Runx2和Osx表达，进一步证实了Sirt1-Piezo1轴在骨折修复中的关键作用。

2.7 YC-RSV促进小鼠骨痂矿化

研究开发了YC递送系统用于口服白藜芦醇（RSV）。YC-RSV在酸性环境中表现出快速有效的药物释放。口服YC-RSV显著促进骨折愈合，增加骨痂矿化和成骨蛋白表达，同时提高Sirt1在骨痂中的表达。YC-RSV处理未对主要器官产生毒性作用，显示出良好的生物安全性。

2.8 RSV@GelDa促进小鼠骨形成和修复

研究还开发了可注射的RSV@GelDa水凝胶系统，用于局部给药。RSV@GelDa水凝胶具有多孔结构，能在PBS和ROS环境中持续释放RSV达28天。局部注射RSV@GelDa显著促进骨折愈合，增加骨痂矿化和骨小梁体积，未引起器官和细胞毒性。

3 讨论

本研究揭示了Sirt1通过去乙酰化激活Piezo1，促进骨形成和骨折修复的新机制。开发的口服YC递送系统和局部水凝胶系统为临床治疗骨缺损提供了创新策略。研究结果表明，靶向Sirt1-Piezo1轴具有重要的 translational 意义，为开发促进骨形成和修复的新型治疗方法奠定了基础。

4 实验方法

研究使用了单细胞RNA测序分析、小鼠骨折和DO模型、分子生物学实验（Co-IP、Western blot、钙成像）、结构预测和可视化、药物递送系统构建和表征等多种实验方法，全面验证了Sirt1-Piezo1轴在骨形成和修复中的作用及机制。