解析缺乏骨细胞 Vhl 的小鼠中 HIF 驱动的高骨量表型

《JBMR Plus》：Dissecting HIF-Driven High Bone Mass Phenotype in Mice Lacking Osteocytic Vhl

　　

摘要

骨细胞调节骨骼稳态，并通过缺氧诱导因子（HIFs）响应缺氧，HIFs 是细胞缺氧反应的主要转录介导因子。存在两种转录活跃的 HIF-α 旁系同源物，HIF-1α 和 HIF-2α，它们具有重叠且独特的转录靶点。在常氧条件下，E3 泛素连接酶 Von Hippel-Lindau (VHL) 通过将 HIFs 靶向蛋白酶体降解来充当 HIFs 的主调节器，而缺氧则阻止了这一过程，允许 HIF 稳定化和积累。骨细胞富集敲除 Vhl (Vhl cKO) 产生高骨量（HBM）表型。Vhl 缺失稳定了这两种 HIF，使得它们对这种 HBM 表型的独特贡献尚未明确。为了剖析它们在骨细胞中的作用，我们构建了复合 Vhl; Hif1a cKO、Vhl; Hif2a cKO 小鼠，以及表达单独和组合的降解抗性（cDR）旁系同源物 HIF-1α（HIF-α cDR）、HIF-2α（HIF-2α cDR）和 HIF-1α; HIF-2α cDR 的小鼠，并评估了它们对骨结构和功能的影响。微计算机断层扫描显示，Vhl cKO 小鼠表现出最高的骨小梁骨体积分数，这一表型在任何 HIF 修饰基因型中均未完全重现。在部分表型模拟中，Vhl; Hif2a cKO 产生了最大的部分增加，其次是 Vhl; Hif1a cKO 和 HIF-2α cDR。HIF-1α; HIF-2α cDR 显示出适度升高，而 cre 阴性和 HIF-1α cDR 则无明显差异。皮质骨面积扩张需要 Vhl 敲除，且未被单一旁系同源物 HIF 稳定化所重现。虽然与性别和年龄匹配的对照相比，Vhl cKO 股骨表现出显著增加的整体骨机械性能，但所有 HIF 修饰基因型的材料性能相似，且 HIF-2α 激活似乎损害了材料完整性。因此，HIF-1α 和 HIF-2α 在 Vhl cKO HBM 表型中发挥非冗余的、区室特异性的作用，并且各自对于最大骨完整性都是必需的。然而，没有任何 HIF 修饰基因型，包括双 HIF-1α/HIF-2α 稳定化，能重现 Vhl cKO 表型，这暗示了 VHL 在完整骨骼反应中可能存在超出 HIF 稳定化的功能。

通俗摘要

骨细胞是骨骼中最丰富的细胞，部分通过缺氧诱导因子（HIFs）帮助维持骨骼强壮，HIFs 是帮助细胞响应低氧的蛋白质。本研究考察了 HIF-1α 和 HIF-2α 如何影响骨量和骨质量。使用基因改造小鼠，我们发现去除通常限制 HIF 活性的 VHL 蛋白，会产生异常高的骨量和更强的骨骼。然而，单独改变 HIF 蛋白或将其与 VHL 结合改变，都无法完全重现这些效果。事实上，过度的 HIF-2α 活性似乎会削弱骨骼。这些发现表明，依赖 HIF 和不依赖 HIF 的通路共同调节骨骼强度和完整性