DMP-1调控磷代谢导致模拟失重下骨丧失的机制研究

阐明失重状态下骨丧失的分子机制将为宇航员骨改建异常的防治提供依据。我们在前期实验中发现，牙本质基质蛋白-1（DMP-1）参与体内磷代谢的调控，从而影响骨组织的代谢。在此基础上，本项目拟通过体外模拟失重实验，观察氯离子通道（ClC）-5对成骨细胞膜表面及胞外磷含量的调节作用及其对细胞内pH的影响；通过CIC-5的siRNA和过表达，探讨ClC-5作为力学刺激敏感通道传递DMP-1信号,调节体内磷代谢的可能性；通过悬尾及高磷食物喂养鼠配对动物实验、成骨细胞和破骨细胞培养，探讨在模拟失重下，DMP-1通过ClC-5调控机体磷代谢，从而影响机体骨代谢的作用机制，总结高磷水平对骨形成和骨吸收的影响，并初步探讨低磷食物对废用性骨缺失的防治效果。本实验结果将丰富磷代谢调节骨改建的理论知识，为失重状态下骨丧失的临床防治提供数据参考，同时为废用性骨质疏松等骨代谢异常疾病的病因学研究提供借鉴。

众所周知,失重可导致骨的丧失,但机制并不清楚。本课题首先通过悬尾鼠及人头低位模拟失重，观察到实验鼠及人血磷水平较正常对照显著增高；接着用悬尾鼠和高磷喂养鼠配对实验，采用免疫组化、硬组织切片染色等组织染色方法及实时定量PCR证实：调控磷代谢的重要分子PHEX、FGF-23在两者表达模式一致；两者均表现出骨形成减少、骨吸收增多的趋势；体外实验也显示原代培养和诱导两者骨髓细胞后，破骨细胞形成较正常增多。高磷水平（3~6mM)可抑制成骨细胞的增殖，促进破骨细胞形成因子的分泌及破骨细胞的形成。在国内外首次提出了“血磷升高是导致模拟失重下骨质丧失的重要原因”的新理论。随后，为了探究模拟失重后血磷升高的原因，采用基因干扰和过表达的方法，我们观察到牙本质基质蛋白1（Dentin Matrix Protein-1,DMP-1）基因的缺失或过表达可以影响氯离子通道5（Chloride Ion Channel-5,CIC-5）在小鼠胫骨的表达，但不具有直接的调控作用。进一步的研究显示CIC-5可作为力学敏感分子在模拟失重后表达增高，并可通过降低骨细胞内PH值，使胞内磷离子水平增高，通过增加钠磷离子通道Pit-1的表达将磷离子转运至胞外。证实了本课题最初的假设“模拟失重下， CIC-5可通过调节细胞内酸化和钠磷离子通道Pit-1的开闭来实现对骨细胞磷代谢的调控”。这可能是模拟失重下血磷升高的一个重要原因。本项目结果丰富了磷代谢调节骨改建的理论知识，为失重状态下骨丧失及废用性骨质疏松等骨代谢异常疾病的病因学研究提供借鉴。