TGR5调控骨质重建的分子机制研究

Bile acid receptor TGR5 has been reported to regulate glucose metabolism, insulin sensitivity, lipid metabolism. Moreover, the agonist of TGR5 has been shown to inhibit type 2 diabetes, fatty liver, hyperlipidemia, and atherosclerosis. Therefore, it's reasonable to speculate that TGR5 also have a role in the regulation of bone metabolism. Our preliminary data had shown that it had the expression of Tgr5 in osteoblast and osteoclast, the bile acid and the TGR5 agonist regulated the differentiation of osteoblasts and osteoclasts. Our in vivo data also showed that the bone mass was decreased in Tgr5-defiency mouse; the agonist of TGR5 prevented the ovariectomy-induced bone loss. All of the data indicate that TGR5 regulates bone metabolism. In this study, using a combination of pharmacological and genetic gain- and loss-of function studies in vivo, we will study the molecular mechanism of TGR5 regulating bone remodeling, figure out the function of TGR5 modulating osteoporosis. Our study may contribute a promising drug target in multiple diseases that result in bone loss including osteoporosis.

胆汁酸受体TGR5参与体内多种代谢过程，包括糖代谢，脂代谢，能量代谢等，此外，TGR5的激动剂已被证明能抑制肥胖、II型糖尿病、脂肪肝、高脂血症、动脉粥样硬化等代谢相关疾病。是否TGR5参与骨代谢还未见报道。申请人的前期工作基础已经表明，TGR5在成骨细胞和破骨细胞中均有表达，胆汁酸和TGR5的激动剂能抑制破骨细胞分化且促进成骨细胞分化。体内实验也表明Tgr5基因敲除小鼠的骨质下降，TGR5的小分子激动剂能抑制卵巢切除导致的骨质丢失。这些结果均表明TGR5能调控骨质重建（骨代谢）过程。因此，本项目将结合遗传学、药理学、生物化学等手段着重研究TGR5调控骨质重建过程中的分子机理，明确TGR5在成骨细胞和破骨细胞分化及功能中的作用，并且通过骨质疏松小鼠模型和药理学分析确定TGR5在骨质疏松症发生中的作用。本项目的开展将为骨质疏松症的防治提供新的药物靶标，为后继的药物研发打下坚实的基础。

骨质疏松是一种全球性的骨病，其特点是骨密度降低，骨折风险增高。随着年龄的增长，尤其是女性绝经后，患骨质疏松症的风险会增加。寻找并证明在衰老和绝经引起的骨质疏松症中起重要作用的信号通路，可以加速骨质疏松症药物的发现。在我们的研究中，我们发现胆汁酸膜受体Tgr5敲除的C57BL/6J小鼠在中早期（4个月前）的骨重塑与野生型小鼠相比没有多大影响；然而，与野生小鼠相比，老年小鼠（7个月以上）和去卵巢（OVX）小鼠的骨量明显下降。而且，Tgr5的敲除对破骨细胞分化有很强的诱导作用，但对成骨细胞的活性影响不大。不同的Tgr5激动剂激活Tgr5能显著抑制破骨细胞分化。重要的是，我们的研究结果表明，Tgr5通过AMPK信号通路来调节骨量丢失，这是调控衰老和年龄相关疾病病理生理过程的一个重要代谢通路。文献报道胆汁酸核受体FXR具有骨保护作用。已知白桦脂酸能诱导TGR5信号通路，我们筛选了天然化合物白桦脂酸的衍生物，来鉴定新型FXR和TGR5的双激动剂。五环三环酸的衍生物SH-479能同时激活TGR5和FXR，与单纯激活FXR或TGR5的激动剂相比，对破骨作用有更好的抑制效果，并能进一步增强成骨作用。此外，在C57BL/6J小鼠OVX模型中，SH-479可通过影响骨重塑治疗骨缺失。结果表明，双重靶向胆汁酸膜受体TGR5和核受体FXR是治疗骨质疏松症的一种潜在策略。. 研究发现，Tgr5敲除显著下调年老小鼠或OVX小鼠的骨量。Tgr5敲除小鼠的破骨细胞分化能力上调，激活Tgr5则可抑制破骨细胞分化。TGR5对于破骨细胞的分化调节主要通过cAMP/AMPK信号通路。Tgr5敲除不影响成骨细胞分化。我们筛选到SH-479是一种白桦脂酸的衍生物，可以作为TGR5和FXR的双激动剂。SH-479可促进成骨细胞分化和矿化，抑制破骨细胞相关的标志基因的表达。这一双激动剂可通过抑制破骨细胞分化、促进成骨细胞分化来调控OVX引起的骨丢失。. 在该基金支持下，本人以通讯作者或并列通讯作者在《Nat Med》，《J Bone Miner Res》，《Biochem Pharmacol》，等杂志共发表论文7篇，累计影响因子为61。同时，我们还把研究方向拓展到骨微环境、骨代谢、药物研发等领域，并且已经做出了出色的研究工作。