运动可以预防骨质疏松,提高免疫功能,但机制尚不清楚。2022年6月14日,中南大学罗湘杭团队在Cell Metaabolism 在线发表题为“A mechanosensitive lipolytic factor in the bone marrow promotes osteogenesis and lymphopoiesis”的研究论文,该研究展示了运动促进骨髓巨噬细胞分泌 reticulocalbin-2 以启动骨髓脂肪分解。鉴于脂肪分解在运动刺激的成骨和淋巴细胞生成中的关键作用,这些发现表明 reticulocalbin-2 是局部脂肪-成骨/免疫轴的关键调节剂。从机制上讲,reticulocalbin-2 与由Neuropilin 2 和整合素 beta-1 组成的功能性受体复合物结合,激活 cAMP-PKA 信号通路,通过脂解动员骨髓脂肪,促进间充质和造血干细胞的分化和功能。值得注意的是,在悬尾小鼠和老年小鼠中施用重组reticulocalbin-2 可显著减少骨髓脂肪积累并促进成骨和淋巴细胞生成。总之,该研究将 reticulocalbin-2 确定为一种新的机械敏感性脂解因子,可维持骨驻留细胞的能量稳态,它为骨骼和免疫健康提供了一个有希望的靶标。
另外,2021年9月9日,中南大学罗湘杭团队(中南大学李长俊为第一作者)在Cell Metabolism 在线发表题为“Senescent immune cells release grancalcin to promote skeletal aging”的研究论文,该研究表明在大鼠和小鼠衰老过程中,包括巨噬细胞和中性粒细胞在内的免疫细胞的促炎和衰老亚型在骨髓中积聚并分泌大量的grancalcin。向年轻小鼠注射重组grancalcin足以诱导骨骼过早老化。相比之下,中性粒细胞和巨噬细胞中 Gca 的基因缺失延迟了骨骼衰老。从机制上讲,该研究发现 Grancalcin 与 plexin-b2 受体结合并部分灭活其下游信号通路,从而抑制骨生成并促进骨髓间充质基质细胞的脂肪生成。骨骼干细胞中 Plexnb2 的杂合基因缺失消除了 Gca 基因敲除小鼠改善的骨表型。最后,该研究开发了一种Grancalcin中和抗体,并表明它对老年小鼠的治疗改善了骨骼健康。总之,该研究的数据表明,grancalcin 可能是治疗与年龄相关的骨质疏松症的潜在靶点。
机械刺激涉及骨骼和免疫系统中的多种生理过程。进行机械卸载的个体,例如失重或“沙发土豆”生活方式(即久坐生活方式)、长期卧床的患者以及活动减少的老年人群,可能具有更高的骨质疏松症、骨折和感染风险。反过来,据报道,机械负荷可促进骨形成和免疫反应。骨骼系统的机械刺激发生在例如跑步期间,并且这种刺激对于调节骨重塑和造血更新是必不可少的。最近的一项发现确定了一种新的机械敏感的小动脉周围生态位,其中小动脉周围的osteolectin+ 造血干细胞 (HSC) 可以感知机械刺激并促进成骨、淋巴细胞生成和细菌清除。然而,运动诱导的骨形成和淋巴细胞生成的机制仍不清楚。骨骼是一种高度活跃的组织,经历着动态的骨骼和免疫重塑。在这些过程中,骨骼驻留细胞需要大量能量来维持其干细胞分化和功能以及免疫细胞激活和功能反应。骨髓脂肪组织库 (BMAT) 含有丰富的脂滴来源,并且在空间上分散在骨髓腔中的骨骼和造血谱系细胞周围。因此,骨髓脂肪被认为是一种潜在的能量储存库,通过脂肪分解产生能量底物,通过调用脂肪酸 (FA) β-氧化来为其邻近细胞提供燃料。在活跃状态下,特别是在骨形成高的状态下,骨常驻细胞优先利用游离脂肪酸(FFA)作为主要能量底物来维持适当的能量平衡。
FA 氧化 (FAO) 能力受损导致成骨细胞 (OB) 分化功能障碍。因此,脂质缺乏对成骨有害,尽管补充多不饱和脂肪酸可以恢复这种损伤。同样,长跑运动员摄入有限的 FA 会抑制他们的免疫功能。在急性感染期间,HSC 摄取 FFA 以调节其代谢转变并增强免疫反应。尽管骨髓来源的脂质在运动过程中可能提供丰富的能量底物,但脂质代谢调节骨形成和免疫功能的机制仍不清楚。在该研究中,将 reticulocalbin-2 (RCN2) 确定为以前未知的机械敏感性脂解因子。该研究发现骨髓巨噬细胞在机械刺激(特别是体育锻炼)后分泌丰富的 RCN2,并且 RCN2 促进 BMATs 脂肪分解。从机制上讲,该研究发现 RCN2 与由 Neuropilin 2 (NRP2) 和整合素 beta-1 (ITGB1) 组成的受体复合物结合,RCN2 对这种复合物的刺激会激活 cAMP-PKA 信号通路,从而促进脂肪分解和脂质动员。BMAT 促进成骨和淋巴细胞生成。值得注意的是,该研究还发现体内重组 RCN2 (rRCN2) 治疗对骨形成和淋巴细胞生成有良好的影响。总之,该研究将 reticulocalbin-2 确定为一种新的机械敏感性脂解因子,可维持骨驻留细胞的能量稳态,它为骨骼和免疫健康提供了一个有希望的靶标。