[发明专利]抑制破骨细胞活性及治疗骨质疏松的试剂及其应用

说明书

本发明提供了一种抑制破骨细胞活性及治疗骨质疏松的试剂及其应用。本发明揭示了一种新的与骨质疏松相关的信号通路，即PIEZO1/YAP/II或IX型胶原信号通路。该信号通路中，PIEZO1可以响应机械应力，通过促进YAP的核定位调节成骨细胞谱系细胞中基质蛋白，主要是II型胶原和IX型胶原的表达，II型胶原和IX型胶原的表达能够抑制破骨细胞分化。本发明还揭示了II型胶原和IX型胶原在制备缓解或治疗骨质疏松的药物组合物中的用途。

技术领域

本发明属于生物技术领域，更具体地，本发明涉及抑制破骨细胞活性及治疗骨质疏松的试剂及其应用。

背景技术

骨组织处于不断重塑的状态，从而维持骨骼系统的稳态。骨重塑主要是指由破骨细胞通过骨吸收来移除衰老或损伤的骨，随后由成骨细胞形成新骨的动态过程。骨骼重塑过程主要涉及四种细胞类型：骨表面线性排列的细胞，骨细胞，破骨细胞和成骨细胞。骨表面线性排列的细胞隶属于成骨细胞。骨细胞是骨组织中最丰富的细胞类型，由成骨细胞分化而来，埋藏在骨基质中。骨细胞是最重要的应力感应细胞，能够为骨改建提供起始信号。破骨细胞是负责骨吸收的主要细胞，是由单核细胞受到巨噬细胞集落刺激因子(Macrophage colony-stimulating factor 1，MCSF)和核因子κB受体活化因子配体(Receptor Activator for Nuclear Factor-κB Ligand，RANKL)刺激后分化形成的多核大细胞。目前，骨骼重塑的模式为：首先由骨细胞感受到骨形变或骨损伤，传递信号招募破骨前体细胞到骨基质上分化形成成熟的破骨细胞；破骨细胞降解骨基质释放TGF-β1/IGF-1等招募成骨细胞到骨吸收部位形成类骨质；同时破骨细胞自身也会分泌如SEMA4D(Semaphorin-4D)抑制成骨细胞分化，从而抑制成骨细胞分泌RANKL，最终抑制破骨细胞的形成，从而够成一个负反馈的调节；最后类骨质矿化完成一个骨骼重塑的循环。在正常的骨骼重塑过程中，骨量不会明显变化，但是骨骼重塑异常会导病理状态引起骨量和骨强度的改变，如骨质疏松和骨硬化症等。

骨的组成中约有10％的细胞，60％的矿物质(主要是羟基磷灰石)以及30％的有机物。在骨中有超过100种胞外基质蛋白，通过调控成骨细胞和破骨细胞，在骨重塑过程中发挥作用。胞外基质可以为无机盐的沉积提供支架，其中一型胶原是支架的主体，其他蛋白能够帮助结合无机盐等。胞外基质还为骨骼提供韧性，在机械应力响应和调控方面也起作用。

骨质疏松是一种由于骨骼重塑失衡，即骨形成减弱或骨吸收增强或骨骼干细胞减少而导致骨量下降，易发生骨折以及椎体前突等症状的疾病，严重影响了人类的生活质量。引起骨质疏松的原因有多种，主要分为原发性骨质疏松和继发性骨质疏松。原发性骨质疏松是指由于绝经后雌激素缺乏或衰老导致，而继发性骨质疏松主要是由于其身体活动的改变(废用性骨质疏松)或药物干扰(如糖皮质激素诱发的骨质疏松)。

骨骼重塑一个重要作用就是使骨骼能够适应机械应力的需求。一般来讲，骨骼系统从幼年发育，在人的一生中持续进行重塑，使骨骼能够有效支撑人的体重和身体运动。对于运动员等从事高强运动的人而言，身体的某一部分骨骼由于长期的运动，在骨改建过程中会形成更强壮的骨骼来适应更高的机械需求；相反对于长期的卧床休息、瘫痪导致的无法运动会导致骨骼对机械应力要求的降低，从而引起废用性骨质疏松。与激素、衰老等引起的骨质疏松不同，废用性骨质疏松是骨骼重塑对于降低的机械需求的适应性变化。除此之外由于衰老或激素相关的骨质疏松在临床上可以通过不同的策略来治疗，包括促进合成代谢治疗以增加骨形成或抑制分解代谢以减少骨吸收，但是由于微重力导致骨质流失，却缺乏相应的药物治疗手段。因此研究机械应力刺激如何影响骨骼重塑过程十分必要。

骨骼机械应力或者承受重力会导致骨骼承受形变(张力和压力)、剪切力和流体力。本领域目前认为骨细胞、成骨细胞、破骨细胞在该过程中都发挥作用，但还不完全清楚为了适应机械需求而调整的骨改建是如何在细胞和分子水平上进行调控的。