客户论文发表 | 抑制 STAT3 棕榈酰化和活性氧信号传导直接抑制破骨细胞生成从而减轻溶骨性骨质流失

文献信息
浙大城市学院浙江省神经修复新靶点及药物研究重点实验室、苏州大学苏州医学院骨科研究所等团队的研究成果“Pharmacologically targeting fatty acid synthase-mediated de novo lipogenesis alleviates osteolytic bone loss by directly inhibiting osteoclastogenesis through suppression of STAT3 palmitoylation and ROS signaling”（从药理学角度针对脂肪酸合酶介导的从头脂质生成进行靶向治疗，通过抑制 STAT3 棕榈酰化和活性氧信号传导直接抑制破骨细胞生成，从而减轻溶骨性骨质流失。）在学术期刊《METABOLISM-CLINICAL AND EXPERIMENTAL》（IF：10.9）上发表。平生公司的离活一体CT（NEMO）在论文中提供了重要的小鼠骨小梁、颅骨等图像和定量分析结果。

该论文的通讯作者为陈建权教授，第一作者为修春美老师。

文献摘要
破骨细胞形成和/或活性的异常增加是多种溶骨性疾病中骨质流失的根本原因。脂肪酸合酶（Fasn）介导的从头脂质合成（DNL）是主要的脂质代谢途径之一，已被证明在多种生理和病理过程中发挥关键作用。然而，其在破骨细胞生成中的作用尚不清楚。在此，作者研究了 DNL 在破骨细胞生成中的直接作用及其在溶骨性疾病治疗中的潜力。作者发现，在核因子-κB 受体活化因子配体（RANKL）诱导的破骨细胞生成过程中，Fasn 表达和 DNL 水平会上调。通过 shRNA 敲除或其药理学抑制剂（ASC40 和 trans-C75）抑制 Fasn 会损害体外破骨细胞分化。从机制上讲，Fasn 的药理学抑制通过破坏 STAT3 棕榈酰化部分抑制 RANKL 诱导的 c-Fos/NFATc1 表达，从而抑制破骨细胞生成，同时促进活性氧清除，从而损害丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号传导。最后，通过两种骨溶解疾病的鼠模型，即卵巢切除（OVX）诱导的骨质疏松症和钛纳米颗粒诱导的颅骨骨溶解，对 ASC40 治疗骨溶解性骨质流失的治疗潜力进行了测试。结果表明，ASC40 在这两种模型中均显著减轻了骨质流失和破骨细胞生成。总之，作者的研究结果表明，Fasn 介导的 DNL 是破骨细胞生成的一个新的正向调节因子，并且可能成为治疗破骨细胞驱动的骨溶解性骨病的一个有前景的治疗靶点。

实验方法
卵巢切除术（OVX）诱导的骨质疏松症模型
为了验证ASC40对雌激素缺乏所致骨质流失的保护作用，作者根据文献报道建立了OVX所致骨质疏松小鼠模型。取8周龄雌性C57BL/6小鼠28只（20.2±0.8 g），随机分为4个实验组，每组7只：假手术组OVX组(用假手术和溶剂治疗小鼠)，OVX组（接受双侧OVX手术和溶剂治疗），ASC40-L组(小鼠行双侧OVX手术，接受5mg/kg ASC40)和ASC40-H组(双侧OVX手术小鼠和10mg/kg ASC40)。所有小鼠均以50mg /kg戊巴比妥钠麻醉。OVX、ASC40-L和ASC40-H组小鼠切除双侧卵巢，而Sham组小鼠仅切除邻近脂肪组织。恢复5天后，每隔一天给小鼠口服载药（10% DMSO和90%玉米油）或ASC40溶液，共17次。末次给药1 d后处死小鼠，取股骨进行μCT和组织学分析。

钛纳米颗粒诱导颅骨骨溶解模型

钛纳米颗粒（纯度99.8%，粒径约30 nm）。选取8周龄雄性C57BL/6J小鼠21只（24.2±0.6 g），随机分为3组（每组7只），分别为假手术组（以下简称假手术组）、单纯载药组（Ti组）、纳米钛植入组（Ti+ASC40组）。对于钛纳米颗粒植入或假手术，分别将100 μL钛纳米颗粒溶液或DPBS应用于颅骨表面，按照先前描述的手术方法。术后3天，ASC40溶液在由5% DMSO、30% PEG 300和5% Tween 80组成的载药溶液中制备。然后将ASC40溶液或载体溶液皮下注射到颅骨中心，每天1次，共14次。对小鼠实施安乐死，取颅骨进行μCT和组织学分析。

微计算机断层扫描（μCT）分析

骨骼样品在10%福尔马林中固定48 h，然后用PBS冲洗三次，使用NMC-200 NEMO微型CT扫描仪（平生医疗科技有限公司）进行μCT扫描。选取股骨远端生长板下方0.4 mm ~ 1.9 mm的横截面μCT切片进行骨小梁定量。采用Avatar3软件（PINGSENG Healthcare Kunshan Inc., Soochow, China）分析所选切片骨小梁区域的骨体积/组织体积（BV/TV）、小梁厚度（Tb.Th）、小梁数量（Tb.N）和小梁间距（Tb.Sp）等骨微结构参数。

实验结果
对照和ASC40治疗的OVX小鼠双侧卵巢明显缺失，以及子宫重量相似的减少（图7A， B），证实OVX手术独立于ASC40治疗成功进行。μCT成像显示，ASC40可显著防止卵巢切除术引起的骨质流失.定量μCT分析显示，OVX下调小梁BV/TV和Tb。N，同时上调Tb。Sp（图9D）。然而，ASC40处理，特别是在10 mg/kg的剂量下，显著减轻了这些变化（图9D）。

图9 ASC40对Fasn介导的DNL的药理学抑制可预防雌激素缺乏诱导的破骨细胞生成。

为了进一步验证ASC40对溶解性骨病的治疗潜力，作者使用了纳米钛颗粒诱导的骨溶解小鼠模型。将小鼠颅骨表面手术暴露，用钛纳米颗粒处理，然后每天给药10 mg/kg ASC40，持续2周。二维μCT切片和重建的三维μCT图像显示，钛纳米颗粒在小鼠颅骨表面引起了剧烈的骨侵蚀，ASC40处理减轻了这种侵蚀（图10A）。进一步的定量分析结果表明，钛纳米颗粒增加了颅骨孔隙率ASC40处理抑制了这一效应（图10B）。同样,量化μCT切片显示，钛纳米颗粒显著降低了BV/TV， ASC40处理后BV/TV恢复（图10C）。

图10 ASC40对Fasn介导的DNL的药理学抑制保护小鼠免受钛纳米粒子诱导的破骨细胞生成和骨丢失。

使用结论
总之，作者的研究表明，Fasn介导的DNL是促进破骨细胞形成和活性的重要脂质代谢途径，而ASC40对Fasn的药理学抑制抑制了RANKL诱导的体外破骨细胞分化，并保护小鼠免受雌激素缺乏或钛纳米颗粒诱导的破骨细胞生成和骨丢失，部分是通过抑制STAT3棕榈酰化和ROS信号传导。因此，靶向Fasn介导的DNL可能是一种新的治疗策略，可以预防与破骨细胞过度激活相关的疾病中的骨丢失。

使用设备

  Micro CT (型号：NEMO) (平生医疗科技)
 影像软件：Avatar（平生医疗科技）