腰痛是成年人最常見的健康問題之一。盤源性腰痛（discogenic low back pain，DLBP）是慢性腰痛的重要類型，通常被認(rèn)為與椎間盤病變有關(guān)。然而，影像學(xué)上的椎間盤退變（intervertebral disc degeneration，IDD）并不必然伴隨疼痛：不少無癥狀人群的磁共振影像中同樣可以觀察到椎間盤退變。這一現(xiàn)象提示，研究關(guān)注點(diǎn)需從寬泛的退行性改變，轉(zhuǎn)向探尋促使退變椎間盤由“無癥狀”轉(zhuǎn)為“有癥狀”的特異性病理機(jī)制。既往研究表明，病理性血管長入正是盤源性腰痛發(fā)生發(fā)展的核心病理基礎(chǔ)。

健康成人椎間盤內(nèi)部無血管，是全身最大的無血管組織。營養(yǎng)物質(zhì)主要通過軟骨終板彌散進(jìn)入。隨著椎間盤退變進(jìn)展，椎間盤發(fā)生“血管化”，病理性血管長入椎間盤并破壞局部免疫微環(huán)境穩(wěn)態(tài)，驅(qū)動終板重塑，同時可伴隨感覺神經(jīng)向內(nèi)延伸，參與疼痛發(fā)生。而髓核位于椎間盤的力學(xué)中心，直接承受和緩沖脊柱負(fù)荷；同時，髓核細(xì)胞還可通過分泌因子調(diào)控周圍的纖維環(huán)和軟骨終板。那么，異常應(yīng)力作用下，髓核細(xì)胞究竟如何響應(yīng)？其在椎間盤血管化過程中又扮演著怎樣的角色？

近日，空軍軍醫(yī)大學(xué)第一附屬醫(yī)院（西京醫(yī)院）骨科楊柳教授、王迪講師和羅卓荊教授團(tuán)隊(duì)在 Science Advances 發(fā)表題為 Disruption of YAP biomolecular condensates by mechanical stress drives intervertebral disc vascularization 的研究論文。研究圍繞異常機(jī)械應(yīng)力與椎間盤血管化之間的聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)過度的機(jī)械應(yīng)力會抑制YAP蛋白表達(dá)，破壞其形成的液態(tài)凝聚體結(jié)構(gòu)。這一變化導(dǎo)致原本被束縛的轉(zhuǎn)錄因子SNAI1得以釋放，進(jìn)而激活一系列促血管生成基因，最終推動椎間盤病理性血管長入。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)為理解椎間盤退變的力學(xué)-生物學(xué)偶聯(lián)機(jī)制提供了新視角。

為探究異常機(jī)械應(yīng)力與椎間盤血管化之間的關(guān)系，研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了小鼠腰椎失穩(wěn)模型（lumbar spine instability，LSI），觀察到軟骨終板區(qū)域“H型”血管（CD31hiEMCNhi）的增多，提示局部病理性血管反應(yīng)增強(qiáng)。隨后，研究團(tuán)隊(duì)將目光聚焦于承擔(dān)力學(xué)負(fù)荷并參與信號調(diào)控的髓核細(xì)胞。通過分析人退變髓核單細(xì)胞測序數(shù)據(jù)，并結(jié)合體外加壓髓核細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組測序結(jié)果，研究者發(fā)現(xiàn)，退變及受壓髓核細(xì)胞中與血管生成相關(guān)的通路明顯富集。進(jìn)一步功能實(shí)驗(yàn)揭示，壓力誘導(dǎo)髓核細(xì)胞分泌VEGFA、ANGPTL4 等多種促血管生成因子，顯著上調(diào)血管內(nèi)皮細(xì)胞的血管生成活性。上述結(jié)果支持：髓核細(xì)胞能夠感知異常機(jī)械刺激，并將其轉(zhuǎn)化為促進(jìn)血管生成的分泌信號。

那么，力學(xué)信號如何在髓核細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)化為基因表達(dá)變化？研究團(tuán)隊(duì)通過多模型驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)力顯著激活了Hippo信號通路，導(dǎo)致其下游效應(yīng)分子YAP/TAZ發(fā)生磷酸化并經(jīng)蛋白酶體途徑降解，其中YAP的下調(diào)尤為顯著。結(jié)合體外敲低和體內(nèi)髓核特異性Yap條件性敲除小鼠（Lepr-Cre; Yapfl/fl）的構(gòu)建，有效證明髓核細(xì)胞YAP的缺失主導(dǎo)異常應(yīng)力的促血管生成活性。

進(jìn)一步功能實(shí)驗(yàn)揭示，定位于細(xì)胞核內(nèi)的活性YAP能夠強(qiáng)效抑制Angptl4、Vegfa等促血管生成基因的表達(dá)。同時，研究人員在觀察免疫熒光時意外發(fā)現(xiàn)，YAP蛋白在髓核細(xì)胞核內(nèi)并非均勻分布，而是呈現(xiàn)為點(diǎn)狀凝聚體。研究團(tuán)隊(duì)隨后構(gòu)建了核定位增強(qiáng)型EGFP-YAPS112A融合蛋白，觀察到這些YAP凝聚體具有液態(tài)樣動態(tài)特征，支持其通過液—液相分離形成。鑒于相分離在基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控中的關(guān)鍵作用，團(tuán)隊(duì)推測YAP正是通過形成凝聚體來抑制促血管生成因子表達(dá)。而表達(dá)CC結(jié)構(gòu)域截短突變體（EGFP-YAPS112A+ΔCC）的髓核細(xì)胞中Angptl4和Vegfa的上調(diào)則有效印證了這一推測。為明確介導(dǎo)該抑制作用的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子，研究團(tuán)隊(duì)利用ChEA3數(shù)據(jù)庫對Yap敲低后上調(diào)的血管生成基因進(jìn)行共轉(zhuǎn)錄因子預(yù)測，結(jié)合STRING數(shù)據(jù)庫篩選與YAP存在已知相互作用的蛋白，最終鎖定包括SNAI1在內(nèi)的7個候選轉(zhuǎn)錄因子。逐一敲低實(shí)驗(yàn)證實(shí)，敲低Snail1對Angptl4和Vegfa的下調(diào)作用最為顯著。隨后，基于分子對接和動力學(xué)模擬構(gòu)建的聯(lián)合突變體EGFP-YAPS112A+4A成功破壞了YAP與SNAI1的結(jié)合，使SNAI1從凝聚體中釋放，徹底解除了對Angptl4和Vegfa的轉(zhuǎn)錄抑制，從而闡明YAP凝聚體通過物理隔離轉(zhuǎn)錄因子SNAI1來發(fā)揮其轉(zhuǎn)錄抑制功能。

該研究揭示了異常機(jī)械應(yīng)力通過破壞髓核細(xì)胞YAP凝聚體、釋放SNAI1并上調(diào)ANGPTL4和VEGFA，進(jìn)而驅(qū)動椎間盤病理性血管化的機(jī)制，將髓核感受力學(xué)刺激與促血管轉(zhuǎn)錄程序連接起來，并為干預(yù)椎間盤退變相關(guān)病理性血管化提供了潛在靶點(diǎn)。

空軍軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院骨科楊柳教授、王迪講師和羅卓荊教授為該論文的共同通訊作者，毛建鑫博士、吳琦碩士、袁富博士為該論文的共同第一作者。

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aee1546

制版人： 十一

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