《Science China-Life Sciences》：TRIM21 contributes to senile osteoporosis by shifting the osteoadipogenic balance toward adipogenesis in BMSCs
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本研究针对老年性骨质疏松中骨髓基质细胞（BMSC）成骨分化能力下降、成脂分化增强的细胞学基础，揭示了E3泛素连接酶TRIM21在衰老BMSC中通过K48泛素化降解β-catenin的关键机制。研究人员通过单细胞测序、基因敲除/敲入模型及功能实验，证实靶向TRIM21可逆转年龄相关的骨丢失并促进老年骨再生，为骨质疏松治疗提供了新靶点。
随着全球人口老龄化进程加速，老年性骨质疏松已成为严峻的公共卫生挑战。这种年龄相关的骨骼疾病以骨量减少、骨微结构破坏和骨折风险增加为特征，其核心机制在于骨髓微环境中骨髓基质细胞（BMSC）分化命运的失衡——衰老促使BMSC更多分化为脂肪细胞而非成骨细胞，导致骨形成减少和骨髓脂肪堆积。然而，这一细胞命运转变的分子开关至今尚未明确。
近日，上海交通大学医学院附属瑞金医院邓廉夫团队与扬州大学附属昆山中医医院陈勇/唐国庆团队在《Science China Life Sciences》发表重要研究成果，首次系统揭示了E3泛素连接酶TRIM21通过调控β-catenin稳定性介导老年性骨质疏松发生的新机制。研究人员发现衰老BMSC中TRIM21表达显著上调，特别是靠近脂肪细胞的BMSC亚群（BMSC5）。通过构建BMSC特异性Trim21条件性敲除（CKO）和敲入（CKI）小鼠模型，结合单细胞转录组测序（scRNA-seq）、分子互作验证和老年骨缺损修复实验，研究团队证实TRIM21通过促进β-catenin的K48连接泛素化降解，破坏Wnt/β-catenin信号通路活性，从而推动BMSC向成脂分化倾斜。进一步机制解析显示，年龄相关的炎症因子IL-1β通过激活JNK MAPK信号通路上调TRIM21表达，形成“IL-1β–JNK–TRIM21–β-catenin”信号轴，最终导致成骨-成脂分化失衡。该研究不仅阐明了老年性骨质疏松的内在分子机制，也为TRIM21作为治疗靶点提供了理论依据。
研究关键技术方法包括：利用10x Genomics平台对年轻（2月龄）与老年（20月龄）小鼠骨髓细胞进行单细胞RNA测序，解析BMSC异质性及分化轨迹；构建Prx1-Cre介导的BMSC特异性Trim21条件性敲除（CKO）和敲入（CKI）小鼠模型；通过体外成骨/成脂诱导分化、免疫共沉淀（Co-IP）、Western blot、免疫荧光染色等技术验证TRIM21与β-catenin的互作及调控机制；采用微型计算机断层扫描（micro-CT）、组织形态计量学、三点弯曲力学测试评估骨微结构及力学性能；建立老年小鼠股骨皮质骨缺损模型，评估Trim21 CKO BMSC移植对骨再生的促进作用。
Increased TRIM21 expression is correlated with the aging of BMSCs
通过单细胞转录组分析，研究人员发现老年小鼠BMSC中表达TRIM21的脂肪形成倾向亚群（BMSC5）比例显著增加。体外实验显示，连续传代（P6）的衰老BMSC及老年患者（>70岁）来源的BMSC中TRIM21表达均上调。Trim21敲除后，衰老相关基因表达下降，而成骨基因（Runx2、Osterix等）表达增强，成脂基因（PPARγ、CEBPα等）表达抑制。
TRIM21 shifts the osteoadipogenic balance toward adipogenesis in aged BMSCs
在老年BMSC中敲低Trim21可显著抑制成脂分化并促进成骨分化，表现为脂滴形成减少、碱性磷酸酶（ALP）活性和矿化结节增加。相反，Trim21过表达则加剧成脂分化倾向。
Trim21 deletion in BMSCs reduces age-related bone loss
老年Trim21 CKO小鼠骨量显著增加，骨小梁数量（Tb.N）和骨体积分数（BV/TV）升高，骨髓脂肪细胞积聚减少，血清骨形成标志物P1NP水平上升。力学测试表明其股骨抗弯曲能力增强。
Trim21 deletion in BMSCs promotes regeneration of aged bone
在20月龄小鼠股骨缺损模型中，Trim21 CKO组骨修复速度加快，新生骨量及骨密度（BMD）显著增加。移植Trim21敲除BMSC可有效促进老年骨缺损愈合。
TRIM21 regulates the osteoadipogenic differentiation of BMSCs through β-catenin
RNA-seq及通路富集分析表明Wnt/β-catenin信号通路在Trim21敲除后显著激活。Trim21 CKO可提升β-catenin蛋白水平，而β-catenin敲低则逆转了Trim21缺失对成骨分化的促进作用。
TRIM21 drives the K48 ubiquitination-mediated degradation of β-catenin
Co-IP实验证实TRIM21与β-catenin直接结合，并通过K48连接泛素化促进其蛋白酶体降解。泛素突变体（K48R）可阻断TRIM21介导的β-catenin降解。
IL-1β–JNK MAPK pathway activation drives TRIM21 expression in aged BMSCs
衰老BMSC中IL-1β表达升高，激活JNK MAPK通路，进而上调TRIM21表达。JNK抑制剂SP600125可抑制IL-1β诱导的TRIM21上调并恢复β-catenin蛋白水平。
IL-1β–JNK MAPK–TRIM21–β-catenin pathway shifts the osteoadipogenic balance toward adipogenesis in BMSCs
体内外实验证实，IL-1β通过JNK–TRIM21轴抑制成骨分化、促进成脂分化，而Trim21敲除或JNK抑制均可逆转这一效应。
本研究系统阐明了TRIM21在老年性骨质疏松中的核心作用：年龄相关的炎症微环境激活IL-1β–JNK MAPK通路，驱动TRIM21表达上调，进而通过K48泛素化降解β-catenin，破坏成骨-成脂分化平衡，最终导致骨丢失和骨髓脂肪积累。该发现不仅揭示了老年性骨代谢失衡的新机制，还为开发以TRIM21为靶点的抗骨质疏松疗法提供了重要理论支撑。值得注意的是，Trim21缺失还能降低衰老相关分泌表型（SASP）因子表达，间接抑制破骨细胞活性，进一步强化其骨保护效应。这一多维度调控机制的解析，为针对老年性骨质疏松的精准干预策略奠定了坚实基础。
