CDD | 鄒衛(wèi)國團隊等合作解析航天微重力誘導椎間盤退變的新機制與潛在干預靶點

隨著人類太空探索的深入，太空旅行及太空駐留的需求日益迫切。而長期微重力環(huán)境使宇航員椎間盤退變的風險大大提高【1】。此外，椎間盤退變也是導致下腰痛和殘疾的首要原因，給個人和社會都帶來了極大的經(jīng)濟負擔【2】。髓核作為椎間盤的受力核心，其力學失穩(wěn)是誘發(fā)椎間盤退變的主要始動因素，但髓核自身的力學失穩(wěn)是否足以獨立引發(fā)椎間盤退變？力學信號如何被細胞“翻譯”成生化活動？這些問題始終懸而未決。

近日，中國科學院分子細胞科學卓越創(chuàng)新中心/海南醫(yī)科大學鄒衛(wèi)國團隊聯(lián)合空軍軍醫(yī)大學西京醫(yī)院高博、羅卓荊課題組在CellDeath and Differentiation期刊上在線發(fā)表研究成果，題為Targeting AMPK signaling in nucleus pulposus cells ameliorates spaceflight microgravity-induced intervertebral disc degeneration。研究揭示髓核細胞中的機械敏感蛋白PIEZO1是感知重力變化的核心“傳感器”。太空微重力環(huán)境會抑制PIEZO1功能，進而激活AMPK信號通路引發(fā)髓核細胞凋亡和ECM代謝紊亂，最終導致椎間盤退變。更重要的是，局部給予AMPK抑制劑能顯著緩解退變進程，為宇航員脊柱保護和地面患者治療提供了全新策略。

首先，研究人員將髓核細胞送入中國空間站，發(fā)現(xiàn)微重力條件下機械敏感離子通道PIEZO1表達顯著下降，細胞ECM代謝紊亂。同時，在腰椎失穩(wěn)的大鼠模型和不同退變程度的人類椎間盤樣本中，PIEZO1表達均隨退變加重而降低，提示PIEZO1是維持髓核穩(wěn)態(tài)的關鍵分子。

通過構(gòu)建髓核特異性Piezo1敲除小鼠，研究人員發(fā)現(xiàn)髓核細胞的Piezo1缺失即可誘導自發(fā)性椎間盤退變，且伴隨神經(jīng)浸潤以及機械痛敏感性增強。此外，敲除小鼠的脊柱功能單位抗壓能力下降、應力分布異常，證明髓核力學失穩(wěn)足以牽動整個功能單位的病理性改變。

進一步的機制解析表明，PIEZO1通過鈣離子內(nèi)流激活鈣調(diào)磷酸酶，進而抑制AMPK信號；當PIEZO1缺失時，鈣調(diào)磷酸酶活性降低，AMPK被異常激活，驅(qū)動細胞凋亡和ECM代謝紊亂。這一完整的“PIEZO1-Ca2?-鈣調(diào)磷酸酶-AMPK”軸線，將力學刺激與細胞命運直接聯(lián)系起來。

最后，研究人員在大鼠尾椎穿刺模型中，將AMPK抑制劑負載于介孔二氧化硅中，局部注射至受損椎間盤，實現(xiàn)局部緩釋。影像和組織學分析均證實，這些治療能顯著延緩退變、恢復椎間盤高度與結(jié)構(gòu)完整性。

該研究再一次證明了髓核作為脊柱力學響應的核心地位，在髓核中揭示了PIEZO1作為重力傳感器的全新功能，并闡明其下游信號軸。更重要的是，局部靶向AMPK通路為椎間盤退變提供了具有轉(zhuǎn)化潛力的治療方案，不僅為地面數(shù)億患者帶來新希望，也為保障宇航員脊柱健康提供了科學依據(jù)。

該研究第一作者為中國科學院分子細胞科學卓越創(chuàng)新中心謝再起博士（現(xiàn)為海南醫(yī)科大學博士后）、海南醫(yī)科大學蔣博博士與空軍軍醫(yī)大學西京醫(yī)院王冠一博士。通訊作者為中國科學院分子細胞科學卓越創(chuàng)新中心/海南醫(yī)科大學鄒衛(wèi)國研究員、空軍軍醫(yī)大學西京醫(yī)院高博教授與羅卓荊教授。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41418-026-01809-3

制版人：十一

參考文獻

1. Knezevic NN, Candido KD, Vlaeyen JWS, Van Zundert J, Cohen SP. Low back pain.Lancet(London, England). 2021;398:78-92.

1. Johnston SL, Campbell MR, Scheuring R, Feiveson AH. Risk of herniated nucleus pulposus among u.s. Astronauts. Aviation, space, and environmental medicine. 2010;81:566-74.

學術合作組織

（*排名不分先后）

推薦直播

轉(zhuǎn)載須知

【非原創(chuàng)文章】本文著作權歸文章作者所有，歡迎個人轉(zhuǎn)發(fā)分享，未經(jīng)作者的允許禁止轉(zhuǎn)載，作者擁有所有法定權利，違者必究。

BioArt

Med

Plants

人才招聘