正畸牙齒移動的目的是在成骨細胞和破骨細胞之間達到平衡。它有兩種類型,，壓力側(cè)和張力側(cè),，會導(dǎo)致骨吸收和骨形成。當體外機械應(yīng)力施加到骨組織時,，成骨細胞和破骨細胞受到相應(yīng)的拉伸力和壓縮力,，導(dǎo)致骨破壞和鐵死亡反應(yīng)，改變骨小梁排列和密度,，進而誘導(dǎo)病理性骨重塑,。

鐵死亡是一種代謝性死亡類型，其特點是脂質(zhì)過氧化和鐵代謝之間的密切關(guān)系,，導(dǎo)致骨骼生長,。骨骼中的鐵積累會隨著年齡的增長而增加，并導(dǎo)致骨質(zhì)流失,。研究表明,，鐵代謝在骨礦化過程中產(chǎn)生顯著的毒性，顯著增加成骨細胞死亡并降低礦化能力,。鐵首先在成骨細胞中積累,，并通過顯著下調(diào)其向骨基質(zhì)的進展來影響其分化。先前的研究報道了鐵過載與骨質(zhì)疏松癥之間的關(guān)聯(lián),，短暫的鐵過載可能導(dǎo)致骨代謝的抑制以及骨形成和吸收的不平衡,。因此，當鐵含量過高時,，鐵死亡可能與組織降解有關(guān),。

谷胱甘肽過氧化物酶4（GPX4）是一種抗氧化酶，已被發(fā)現(xiàn)通過耗竭谷胱甘肽來調(diào)節(jié)鐵死亡和抑制細胞死亡,。Erastin 等分子化合物抑制磷脂過氧化氫 GPX4 的活性并導(dǎo)致鐵死亡,。Fer-1 是一種選擇性 Erastin 誘導(dǎo)的鐵死亡抑制劑,，通過阻斷胱氨酸轉(zhuǎn)運和谷胱甘肽產(chǎn)生來抑制氧化的鐵依賴性癌細胞死亡。

Hippo 通路,，如下游同源的轉(zhuǎn)錄共激活因子 YAP 和 TAZ,，被激活，從而通過調(diào)節(jié) ACSL4（?；o酶A 合成酶長鏈家族成員4）刺激癌細胞中的鐵死亡,。然而，以前的研究主要集中在與骨耗竭相關(guān)的分子水平和鐵毒性上,。一些研究人員認為,，鐵可以增加骨吸收，一些研究也表明其抑制成骨細胞分化,。鐵對骨礦化的毒性影響是值得注意的,，可導(dǎo)致成骨細胞死亡率顯著上升。因此,，鐵代謝與骨代謝的相互作用更為明顯,。

最近，山東省口腔組織再生重點實驗室,、南京大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬口腔醫(yī)院口腔正畸科團隊的一項研究旨在探索應(yīng)力誘導(dǎo)的鐵死亡如何破壞骨重吸收和骨形成之間的平衡,。研究成果發(fā)表在  The Journal of Cellular and Molecular Medicine 期刊題為“GPX4-mediated bone ferroptosis under mechanical stress decreased bone formation via the YAP-TEAD signalling pathway"。

首先,，HE 和 Masson 染色顯示，在成骨細胞壓力側(cè)細胞形態(tài)收縮,，死亡增加,。對小鼠前成骨細胞 MC3T3 在體外施加壓縮負荷（1?g/cm2），免疫組化染色顯示,，GPX4 水平急劇下降,，但這被鐵死亡抑制劑 fer-1 逆轉(zhuǎn)。

在壓縮力下,，F(xiàn)er-1 減少成骨細胞鐵死亡,，Erastin 增加鐵死亡。用壓縮力處理 MC-3T3 4h 后,，GPX4 水平急劇下降,，而 ACSL4 水平上升（圖1 A、B）,，壓縮力協(xié)同 Fer-1 處理后,，GPX4 水平上升，ACSL4 水平下降,。有趣的是,，與對照組相比,，MC-3T3 在壓縮力負荷 4h 后，在壓力側(cè)發(fā)生了鐵死亡,，24h 后發(fā)生在張力側(cè)（圖1 C,、D）。GPX4 和 ACSL4 水平在 4h 壓縮負荷下表現(xiàn)出顯著變化,，而拉伸負荷下無顯著差異,。拉伸側(cè)施加壓縮力負荷 6h 后 GPX4 水平比壓力側(cè)低，導(dǎo)致成骨細胞鐵死亡（圖1 E,、F）,。這些結(jié)果證實了 Erastin 和 Fer-1 在機械壓縮力下影響成骨細胞重塑。

圖1    壓力側(cè)較張力側(cè)較早發(fā)生鐵死亡,。

與對照組相比,，壓縮力降低了 MC-3T3 中 ACSL 和 GPX4 水平，F(xiàn)er-1 處理后 GPX4 mRNA 水平升高,，ACSL 水平顯著下降（圖2 B,、C）。鐵死亡檢測表明,，MC-3T3 上的壓縮力負荷刺激脂質(zhì)過氧化（圖2 A）,。這些結(jié)果表明，F(xiàn)er-1 通過壓縮力抑制鐵死亡,。此外,，還發(fā)現(xiàn) Fer-1 促進成骨細胞分化。當敲低 MC-3T3 細胞中的 GPX4 時,，F(xiàn)er-1 還逆轉(zhuǎn)了 GPX4 誘導(dǎo)的低水平骨變形（圖2 F-I）,。這說明，F(xiàn)er-1 調(diào)節(jié) MC-3T3 中的鐵死亡并促進骨形成,。

接下來,，敲低 GPX4，GO 分析顯示,，表達最多的蛋白質(zhì)與“膜的組成部分"和“蛋白質(zhì)結(jié)合"有關(guān),。此外，在對照組和 GPX4 敲低組之間的比較中,，定位于細胞外空間和細胞核的蛋白質(zhì)占了近三分之一,，其中“ECM-receptor interaction"的存在更為顯著?；贙EGG 通路富集的簇分析顯示,，“RNA recognition motif domain" 和 “protein kinase domain pathway" 中的蛋白質(zhì)富集程度更高。

圖2    機械壓縮力誘導(dǎo)MC-3T3細胞鐵死亡。

YAP 水平隨壓縮力負荷而急劇增加,，而 β-catenin 水平降低,。β-catenin 在 ECM-整合素反應(yīng)中起重要作用，并隨著壓縮力負荷和 Fer-1 處理的增加而增加,。然后檢測細胞骨架在壓力下的變化,，發(fā)現(xiàn)壓縮應(yīng)力誘導(dǎo)細胞骨架變形和斷裂（圖3 A），作為信號轉(zhuǎn)導(dǎo)因子,，kit配體隨壓縮力負荷和 Fer-1 處理的增加而增加,。敲低 GPX4 后，YAP 和 β-catenin 不能在壓縮力下被激活（圖3 B-D）,。

為了確認壓縮力是否可以通過 fer-1 調(diào)節(jié) YAP 通路,，實驗檢測了單獨用 fer-1 處理的成骨細胞和用 fer-1 和壓縮應(yīng)力協(xié)同處理的成骨細胞。當用 Fer-1 處理 MC-3T3 時,，YAP 和 β-catenin 水平升高,。免疫熒光分析顯示，F(xiàn)er-1 增加了 YAP 水平,，降低了 ACSL 和 β-catenin 水平,。因此，可以證實 GPX4-依賴性鐵死亡通過壓縮力負荷刺激 YAP 通路,，導(dǎo)致細胞結(jié)構(gòu)重塑,。ROS 測定也證實了壓縮力誘導(dǎo)的細胞死亡。Fer-1 可以抑制脂質(zhì)過氧化產(chǎn)生的代謝物引起的細胞死亡,。當 GPX4 被敲低,，fer-1 增加 ROS 并促進成骨細胞存活（圖3 E）。為了研究壓縮力對 GPX4 的影響,，過表達 GPX4 以檢測 YAP 和catenin 基因表達的變化,，發(fā)現(xiàn)其過表達增加了成骨細胞對壓力側(cè)鐵死亡的抵抗力，而且 YAP 和 catenin 在壓縮力作用下增加（圖3 F-I）,。這些結(jié)果表明，在壓縮力作用下 GPX4-依賴性鐵死亡刺激 YAP 通路,。

圖3     Fer-1抑制機械壓力誘導(dǎo)的YAP通路激活,。

最后，實驗發(fā)現(xiàn)在核內(nèi)靶點中,，TEAD1 和 TEAD2 水平隨著壓縮力刺激的增加而增加,。此外，在 GPX4 處理和壓縮力負荷下,，TEAD1 和 TEAD2 水平均顯著增加,。YAP 核蛋白水平也呈現(xiàn)出類似的上升趨勢。與 MC-3T3 相比,，壓縮力抑制了敲低 GPX4 的 MC-3T3 中的 TEAD1 和 TEAD2 水平,。同時,，F(xiàn)er-1促進了 MC-3T3 中 TEAD1 和 TEAD2 的水平，而慢病毒lv-GPX4 細胞則表現(xiàn)出相反的趨勢,。結(jié)果揭示了,，F(xiàn)er-1 對 YAP-TEAD 通路的刺激，該通路將信號從細胞質(zhì)傳遞到細胞核,，并發(fā)現(xiàn)它對 MC-3T3 中的鐵死亡有潛在影響（圖4 A,、B），即 GPX4 在機械壓縮力作用下通過 YAP-TEAD 信號通路促進鐵死亡,。

圖4    壓縮力在MC-3T3鐵死亡中的作用示意圖,。

（1）當成骨細胞受到壓縮力負荷時，整合素接受機械信號傳導(dǎo)至GPX4,，隨后YAP細胞信號激活,，導(dǎo)致細胞增殖受到抑制。（2）壓縮力協(xié)同fer-1處理后,，GPX4被恢復(fù)并被誘導(dǎo)抑制YAP通路,，隨后細胞增殖。

綜上所述,，該研究描述了機械壓縮力誘導(dǎo)的成骨細胞鐵死亡的潛在機制,，特別是在與 YAP-TEAD 通路相關(guān)的鐵死亡中。此外,，GPX4 在壓縮力誘導(dǎo)的鐵死亡中起著至關(guān)重要的作用,。這一發(fā)現(xiàn)可能有助于了解正畸治療中預(yù)防骨質(zhì)破壞的潛在療法。

參考文獻：Mengjia W, Jun J, Xin Z, Jiahao Z, Jie G. GPX4-mediated bone ferroptosis under mechanical stress decreased bone formation via the YAP-TEAD signalling pathway. J Cell Mol Med. 2024 Apr;28(7):e18231. doi: 10.1111/jcmm.18231. PMID: 38494855; PMCID: PMC10945084.

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