微重力下宇航员的骨流失问题,除了因为力学负荷减少,还和细胞里的“机械感知器”出了乱子

微重力下宇航员的骨流失问题,除了因为力学负荷减少,还和细胞里的“机械感知器”出了乱子有关。以前大家都以为是退化的遗迹,现在发现初级纤毛才是骨细胞用来感受重力和流体剪切力的“天线”。本文就来讲讲在太空里,这种小结构是怎么通过调控Hippo、WNT/Ca²⁺这些信号通路来维持骨稳态的,也顺便说说能不能拿它当靶子去治太空骨丢失。 宇航员在太空中最头疼的事儿就是骨头密度不够了,主要是因为骨头没东西压着了。这种变化直接让成骨细胞和成骨细胞没法好好感受外面的力,导致造骨少了、溶解多了。最近大家重新发现了初级纤毛的作用,它就像个传感器一样,能感觉到外面的水流并激活细胞里的信号。 初级纤毛就是一根非运动的微管柱子,里面的轴丝是9根加0根的结构,没有中间那对儿微管,所以动不了,但很敏感。表面的膜含有好多鞘脂和固醇,流动性好也耐折腾。中间的细胞质里钙离子浓度高,是传信号的重要地方。通过纤毛内部的运输系统,它能保持形状还能帮忙传话。 跟初级纤毛相关的通路有好几个。Hippo通路里的YAP/TAZ蛋白如果纤毛还在就会被激活,帮着细胞分化成骨头。Notch通路里的Presenilin藏在基底下,决定细胞以后是干啥的。非经典WNT/Ca²⁺通路是水流让纤毛弯了以后激活TRPP1/2通道引起的钙进来引发的反应。cAMP/PKA通路是通过腺苷酸环化酶6来管细胞分裂和分化的。NO/cGMP通路和TRPP1/2也有关联。 太空中的成骨细胞数量变少、分化能力变差,像ALPL、RUNX2、COL1A1这些标志都降低了,WNT/β-catenin和BMP2的路子也被堵死了,甚至有往脂肪细胞方向发展的趋势。而骨细胞直接就开始凋亡了。 破骨细胞反倒变厉害了。RANKL/OPG的比例升高,TRAIL上调激活了TRAF6通路,自噬增强让破骨细胞功能更强了。 微重力把成骨细胞里的纤毛数量砍了60%,长度从5微米缩到了0.8微米。要是用Cytochalasin D把纤毛搞没了,微重力对成骨分化的影响就没了。这说明纤毛才是关键的感知器。 科学家们想了好几种法子来保住或加强纤毛功能。电磁场刺激像SEMF和PEMF可以让纤毛变长并分化成骨细胞。药物方面有Cytochalasin D帮忙生成纤毛,Docetaxel稳定微管。还有TRPV4拮抗剂HC-067047能减少钙过载和氧化应激,抗氧化剂Moso-soflavone能保护结构恢复能力。 总之,微重力通过搞乱纤毛的结构功能破坏了力学感知和信号传导,导致骨头疏松。这个小结构不光是适应环境的关键也是治疗的目标。以后要搞清楚它在力学方面的细节机制;研发针对它的药或物理手段;还要把研究成果用到地球上的骨质疏松等疾病上去。