Grx2缺乏通过CD36的S-谷胱甘肽化作用加速BMSC衰老及老年性骨质疏松症的发展

《Cellular & Molecular Biology Letters》：Grx2 deficiency accelerates BMSC senescence and senile osteoporosis via CD36 S-glutathionylation

　　

摘要

研究背景

老年性骨质疏松症主要由骨髓间充质干细胞衰老和线粒体功能紊乱引发。S-谷胱甘肽化是一种调控线粒体稳态的重要氧化还原修饰，但其在中枢骨老化中的作用尚不清楚。本研究旨在系统探讨Grx2缺乏导致的CD36 S-谷胱甘肽化在骨髓间充质干细胞衰老及老年性骨质疏松症发展中的作用。

研究方法

通过免疫组化、Western blot和PCR技术检测了人和小鼠骨髓间充质干细胞中Grx2、p53和p21的表达情况。在Grx2^?/^?小鼠中建立了与年龄相关及卵巢切除诱导的骨质疏松模型，用于评估骨骼代谢和细胞衰老状况。通过SA-β-Gal和Western blot、ALP/ARS染色以及ORO染色等方法检测骨髓间充质干细胞的衰老程度、成骨能力和成脂能力。同时通过转录组分析和S-谷胱甘肽化蛋白组分析来揭示其内在机制。采用双色流式细胞术测定脂肪酸摄取量，检测DAG和MDA水平以评估脂质过载和氧化损伤情况。通过透射电镜、Mitotracker、qPCR、NAD⁺ /NADH、ATP、ROS、JC-1检测以及海马实验来评估线粒体的结构和功能。通过Western blot检测PI3K/AKT信号通路的情况。共免疫沉淀实验确认了CD36的S-谷胱甘肽化，分子对接分析则预测C272是该修饰的关键位点。最后通过CD36-C272S突变和Grx2过表达的方法，在体外和体内验证这些功能机制。

研究结果

在雄性和卵巢切除的雌性小鼠中，Grx2缺乏都会加速骨质流失，抑制成骨细胞的形成且不影响破骨细胞的功能，同时还会加剧骨髓间充质干细胞的衰老。通过整合转录组分析和S-谷胱甘肽化蛋白组分析，我们发现脂肪酸转运蛋白CD36是Grx2的关键下游靶标。值得注意的是，Grx2缺乏会显著增加CD36的S-谷胱甘肽化程度，这不仅提升了其脂肪酸摄取能力，导致有毒脂质代谢物积累和氧化损伤，还会通过抑制PI3K/AKT信号通路干扰线粒体的能量代谢。而通过过表达Grx2或引入CD36的C272S突变，打破其S-谷胱甘肽化过程，就能够打破这一有害循环，抑制骨髓间充质干细胞的衰老。

研究结论

Grx2缺乏导致的CD36 S-谷胱甘肽化是推动骨髓间充质干细胞衰老和老年性骨质疏松症发展的关键因素，为揭示骨骼老化的氧化还原调控机制提供了新的见解。