《Cellular Signalling》：FGF1 couples collagen secretion and trafficking to drive osteogenic differentiation
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摘要成骨细胞的分化对骨骼发育和稳态至关重要，其功能紊乱会导致严重的骨骼缺陷以及骨骼完整性下降。因此，确定这一过程的关键调控因子对于推动骨科再生医学的发展具有重要意义。FGF1（成纤维细胞生长因子1）在神经嵴来源的成骨前体细胞中高表达，但其在该细胞分化过程中的作用尚不清楚。在本研究
摘要
成骨细胞的分化对骨骼发育和稳态至关重要，其功能紊乱会导致严重的骨骼缺陷以及骨骼完整性下降。因此，确定这一过程的关键调控因子对于推动骨科再生医学的发展具有重要意义。FGF1（成纤维细胞生长因子1）在神经嵴来源的成骨前体细胞中高表达，但其在该细胞分化过程中的作用尚不清楚。在本研究中，我们证明了FGF1是骨生成过程中的重要调控因子。在MC3T3-E1预成骨细胞中，敲低FGF1会显著抑制细胞增殖和成骨分化，这一现象可通过ALP活性降低以及Runx2、SP7和COL1A1基因表达下调来体现，而补充FGF1后这些变化均可逆转。更重要的是，我们发现FGF1的缺失会扰乱I型胶原蛋白的细胞内运输与分泌，这表明FGF1至少部分通过促进胶原蛋白的合成与分泌来推动成骨分化及基质矿化。不过，I型胶原蛋白是否为FGF1促成骨效应的关键介质还有待进一步研究。尽管如此，本研究仍将FGF1相关通路视为治疗骨骼疾病的潜在靶点。
引言
骨骼是一种具有高度动态性和代谢活性的组织，它能通过严格调控的骨重塑不断适应机械刺激并修复结构损伤[1]、[2]、[3]。在成年人体内，骨骼的完整性依赖于成骨细胞（负责形成骨骼的细胞）和破骨细胞（负责吸收骨骼的细胞）之间的平衡活动[4]、[5]、[6]、[7]。尽管成骨细胞仅占所有成骨前体细胞的4–5%，但它们在骨骼的形成、生长、修复以及病理过程中发挥着至关重要的作用[8]、[9]。成骨细胞的分化是一个复杂的进程，受多种转录因子和细胞因子的调控[2]、[10]、[11]、[12]、[13]。这一过程的紊乱会导致严重的发育缺陷以及骨骼稳态失衡[10]、[14]、[15]、[16]、[17]、[18]。因此，确定成骨细胞分化的关键调控因子对于推动骨科再生医学的发展极为重要。
FGF1（成纤维细胞生长因子1）是一种单链多肽，在成人脑组织和肾脏组织中高表达[19]。它参与组织再生、肿瘤发生以及维持血管内皮屏障的通透性，可通过应激诱导的非经典囊泡转运方式实现细胞外释放[20]。在人类成人中，FGF1 mRNA存在于脑、肾、心、视网膜、脂肪组织以及乳腺组织中，而FGF1蛋白则主要存在于肾脏和乳腺组织中[21]。FGF1信号通路的紊乱与肿瘤的发生、侵袭和转移有关[22]，同时也与创伤性脑损伤[23]以及代谢紊乱[24]、[25]存在关联。有趣的是，FGF1基因敲除小鼠在表型上与野生型同窝小鼠存在差异，后者能够正常生长发育和繁殖，且没有出现组织病理学缺陷或与年龄相关的退行性疾病[26]。这种无明显表型的现象可能是由于FGF2的补偿性表达所致[26]。然而，FGF1基因敲除小鼠会出现全身性代谢功能障碍以及胰岛素信号传导异常。在高脂饮食条件下，脂肪组织中FGF1的表达会显著上升，而FGF1缺乏的小鼠则会表现出与脂肪过度增生相关的严重糖尿病症状[27]。
值得注意的是，神经嵴来源的成骨前体细胞表达高水平的FGF1，该因子会影响Runx2的表达，并调控ERK1/2信号通路[28]。在人类牙周韧带成纤维细胞中，高剂量的FGF1可在短期刺激下促进细胞增殖，而长期处理即便在低浓度下也能诱导成骨标志物的表达[29]。不过，FGF1调控成骨活性的具体机制目前仍需进一步研究。在本研究中，我们建立了FGF1敲低和过表达细胞系，旨在明确FGF1在成骨细胞增殖和分化过程中的具体功能，同时阐明FGF1调控成骨发育的分子机制。
章节节选
建立慢病毒介导的成骨细胞中FGF1过表达与敲低模型
FGF1在神经嵴来源的成骨前体细胞中高表达[28]，这提示它可能在成骨细胞分化及骨骼调控中发挥作用，但其具体机制尚未明确。出于研究需求，我们首先检测了小鼠骨骼组织中的FGF1蛋白含量。与肝脏、心脏和肺组织相比，颅骨和四肢组织中的FGF1含量较低（见图1A）。为探究FGF1在成骨分化中的作用，我们建立了慢病毒介导的
讨论
脊椎动物的骨骼是一种具有高度代谢活性的器官，它通过持续的骨重塑来维持生物力学性能，从而实现组织层面的微损伤修复以及全身性的钙磷稳态维持[30]、[31]、[32]、[33]、[34]。这一过程依赖于骨骼细胞谱系中成骨细胞与破骨细胞活性之间的精细平衡[14]、[15]、[35]、[36]。FGF1是一种重要的代谢激素，与胰岛素敏感性、葡萄糖稳态等密切相关，
MC3T3-E1细胞培养及成骨细胞分化实验
小鼠胚胎成骨前体细胞系MC3T3-E1购自中国科学院典型培养物保藏中心（中国上海）。这些细胞培养时使用的培养基包括Alpha Minimun Essential medium（aMEM，美国Gibco公司）、5%胎牛血清（美国Gibco公司）、1×HEPES溶液（中国上海碧云天公司），以及1%的青霉素/链霉素（体积比）。细胞在含5%二氧化碳的潮湿环境中、37℃条件下培养。为了进行成骨分化实验，将MC3T3-E1细胞接种到6孔板中
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CRediT作者贡献说明
钱启涛：方法学、实验研究、正式分析。范瑞阳：方法学、实验研究。林思思：方法学、实验研究。江琳：方法学、实验研究。郑长林：方法学、实验研究。黄俊：方法学、实验研究。张新根：验证、监督、概念设计。孙献杰：验证、监督、项目管理。陈桂倩：写作——审阅与编辑、写作——初稿撰写、验证、监督、项目管理，
发表同意声明
所有作者均同意将当前版本的稿件提交至该期刊发表。
致谢
本研究得到了以下机构的资助：国家自然科学基金委员会（编号：82571024）、浙江省自然科学基金（编号：LZ23H140001）、浙江省医药健康基金会（编号：2025KY1651）、嘉兴市科学技术协会（编号：2025CGZ066、2024AZ30005）。由于篇幅限制，未能提及所有为本研究做出贡献的研究人员，特此致歉。
钱启涛|范瑞阳|林思思|江琳|郑长林|黄俊|张新根|孙献杰|陈桂倩
中国浙江科技学院生命科学与医学学院重大疾病靶向治疗新技术应用浙江省工程研究中心生物制药系，中国杭州310018
