Advanced Science:线粒体自噬在干细胞成骨分化中的作用——解密50年前的矿化谜题

骨骼和牙体组织(牙釉质、牙本质和牙骨质)是人体主要的矿化结构,发挥着支持、运动、保护、代谢等重要作用。这些硬组织的形成是受成骨细胞(成釉细胞、成牙本质细胞)、破骨细胞及一系列蛋白大分子等多种因素调控的复杂过程。该过程的异常可引发骨质疏松症、骨关节炎、牙釉质发育不全、牙本质矿化不良等疾病,严重影响人们的生命质量,因而关于生物矿化机制的研究一直是科研领域的热点问题。

成骨细胞、成牙本质细胞及其前体细胞是脊椎动物生物矿化的主体细胞,在胶原纤维与羟基磷灰石的组装过程中发挥了重要作用。大量研究表明此类细胞可以在胞内聚集钙和磷酸氢根离子,形成无定形磷酸钙,并通过胞吐作用释放到细胞外,为生物矿化的发生提供了矿化基材。但是这些钙和磷酸氢根离子是如何在细胞内聚集、储存以及转运的呢?早在19世纪70年代,国际上著名的矿化专家Dr. Albert Lehninger发现了处于矿化过程中的细胞线粒体内会出现磷酸钙颗粒,并且凭着有限的证据,Dr. Albert Lehninger提出了一个伟大的猜想,即线粒体可能通过某种方式将磷酸钙传递至细胞外,进而参与细胞外基质的矿物沉积。但是碍于相关研究的滞后和技术手段的缺乏,线粒体和磷酸钙的关系一直未被证实和进一步阐明。

近期,西安交通大学口腔医院,空军军医大学口腔医院和美国Augusta University的学者们共同研究发现,在成骨矿化的诱导条件下,大量的钙、磷前体在干细胞线粒体内聚集形成无定型磷酸钙矿化前驱体,随后以线粒体自噬的方式在细胞内转运至溶酶体并进行传递,最终胞吐至细胞外参与机体矿化过程。该研究回应了50年前矿化大师Dr. Albert Lehninger的伟大猜想,充分证实了线粒体自噬在生物矿化中的作用,并指出其可能通过BMP/Smad通路参与干细胞的成骨矿化。

相关工作以“Contribution of Mitophagy to Cell – Mediated Mineralization: Revisiting a 50 – Year – Old Conundrum”为题发表在Advanced Science上(https://doi.org/10.1002/advs.201800873)。西安交通大学口腔医院裴丹丹博士、空军军医大学口腔医院孙津龙博士为共同第一作者,空军军医大学口腔医院牛丽娜副教授、陈吉华教授与美国奥古斯塔大学Franklin Tay教授为共同通讯作者。