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与运动相关的激素鸢尾素可作为关键骨细胞的靶点

  • B Spiegelman

    Bruce Spiegelman博士(Bruce Spiegelman, PhD)

  • 2018年12月13日——美国马萨诸塞州波士顿讯

    科学家们已发现:人在运动时,肌肉释放出一种名为鸢尾素(irisin)的激素(hormone);鸢尾素直接作用于控制骨骼损坏和形成的关键调节细胞(key regulatory cells)。研究人员表示这项发现启发了医界对诸如骨质疏松(osteoporosis)等骨量减少疾病开创新疗法。

    《细胞》期刊(Cell)刊登了这项由丹娜—法伯癌症研究所(Dana-Farber Cancer Institute)Bruce Spiegelman博士(Bruce Spiegelman, PhD)及同仁们带领的研究。Spiegelman博士团队首次识别出鸢尾素(irisin)的一个分子受体(molecular receptor),而2012年,Spiegelman博士首次发现这一现象。该受体使得鸢尾素附着在骨细胞(osteocytes)上,并激活后者。骨细胞是成人骨骼里最丰富的细胞类型。

    Spiegelman博士等人提出:鸢尾素激素可作为运动及其对人体健康益处(包括燃烧脂肪、强健骨骼、预防神经退行性疾病)两者之间的关联。

    然而直到现在,研究人员尚未识别出鸢尾素的一个实际有效的特异性分子受体(specific molecular receptor),暨让鸢尾素与细胞及组织结合的一种对接结构(docking structure)。现在,研究人员报告了相关的进展:鸢尾素受体是位于骨细胞表面的一组名为整合素(integrins)的蛋白质。缅因医学中心研究所临床与转化研究中心(Maine Medical Center Research Institute)的主任Clifford J. Rosen博士(Clifford J. Rosen, MD)指出,骨细胞在骨改建(bone remodeling)方面扮演着 “指挥控制(command and control unit)” 的角色。骨改建指的是骨骼在正常和病理两种状态下的损失和补给。Rosen博士是本研究的一位联合作者,亦是骨发育和疾病研究的知名专家。

    此前,有些研究发现:在小鼠模型中,间歇性注射鸢尾素可增加其骨密度和骨强度(bone density and strength)。既然Spiegelman博士研究组已经证实鸢尾素借由一种特异性受体来以骨细胞为靶点,那么,对鸢尾素和骨骼关联(irisin-bone connection)的探索可更具条理性。

    此次刊登在《细胞》(Cell)期刊上的一些实验旨在探索鸢尾素作为治疗骨质疏松症(osteoporosis)的潜在作用。骨质疏松症是一种随年龄增长而出现骨骼稀疏和衰减的疾病,女性因雌激素量(estrogen production)下降而可能患有此疾病。

    骨细胞(osteocytes)是骨骼主要的调节细胞,人随着年龄的增长,其骨细胞会相继消亡,且骨细胞的缺少被认为是与年龄相关的骨质疏松症的诱因之一(骨质疏松症即骨骼稀疏及衰减)。在细胞培养(cell culture)中,科学家们观察到用鸢尾素治疗骨细胞可让后者免受过氧化氢(hydrogen peroxide)的攻克——过氧化氢是与年龄相关的死亡的一个诱因。这些实验还表明用鸢尾素治疗骨细胞可使后者增加骨硬化蛋白(sclerostin)的产量。骨硬化蛋白是一种促进骨改建(bone remodeling)的蛋白质,且在小鼠身上注射鸢尾素可提高其骨硬化蛋白水平。实际上,骨硬化蛋白促进骨骼的分解,这或许会让人们觉得弊大于利。然而,Spiegelman博士解释道: “骨骼的间歇性分解似乎可以被解读为改建和建立骨骼的一个信号。”

    一般来讲,被摘除卵巢的小鼠都会出现骨质流失(bone loss)——骨质疏松症的标记,而摘除卵巢使得小鼠身体里缺少雌激素(estrogen)。在这项新的研究里,科学家们发现:当卵巢被摘除时,缺少针对鸢尾素基因的小鼠免受骨质流失的现象。Rosen博士说道: “这些实验结果令人十分震撼。”

    因此,怎样操纵鸢尾素才能让它具有疗愈效果?Spiegelman博士建议,某种形式的间歇性鸢尾素治疗或许可行。 “目前,医界已有这种概念的证据。”他说道:“因为甲状旁腺激素(parathyroid hormone)已被用于治疗骨质疏松症,尽管这种激素也是引起骨骼分解的一个因素。一种中和抗体(neutralizing antibody)或受体-鸢尾素结合(receptor-irisin binding)的其它一些拮抗物(antagonist)或可通过基因敲除(genetic knock-out)来模拟上述效应。”

    既然针对鸢尾素的受体已被鉴别,Spiegelman博士表示其团队接下来的工作将专注于优化不同版本的鸢尾素及其抗体, “因此,我们可以在活体内(in vivo settings)通过蛋白质疗法(protein therapeutics)来操作鸢尾素的效应。目前,我们正就鸢尾素在骨骼、脂肪以及神经系统(nervous system)内的效应进行探索。”

    本研究由以下机构和组织支持:美国国立卫生研究院(National Institutes of Health,补助金4 R01DK54477-19及DK61502)和JPB基金会(JPB Foundation)。

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