骨质疏松症(Osteoporosis,OP)是一种全身性骨代谢疾病,临床表现为骨微结构恶化、骨密度下降、骨骼脆性增加和易发生骨折,严重影响了个人生活质量。骨重塑稳态失衡是OP重要的发病机制之一。selleck合成骨重塑过程主要由破骨细virus infection胞介导的骨吸收和成骨细胞介导的骨形成组成,骨吸收增加或骨形成减少都会导致骨重塑的稳态平衡被破坏,进而诱发骨质增生或OP。维生素K2具有抑制骨吸收和促进骨形成的功效,已被临床用于预防和治疗OP,但其在骨代谢中的作用较为复杂,尤其是不同侧链长度维生素K2(MK4和MK7)的功效差异及其作用机理尚不明确。此外,线粒体作为细胞的能量代谢中心,其功能障碍对OP的发生和发展有促进作用。维生素K2作为线粒体氧化呼吸链上的电子传递载体,具有抗氧化活性,但其抗氧化应激所致线粒体功能障碍的作用机理尚不清晰。为了更好地将维生素K2应用于OP的治疗中,本论文开展了维生素K2在骨代谢及线粒体损伤修复中的作用及机制研究,主要内容和结果如下:1.开展了不同侧链长度维生素K2(MK4和MK7)在骨代谢中的作用研究。通过构建成骨细胞和破骨细胞分化模型,发现MK4和MK7均能促进成骨细胞分化和抑制破骨细胞分化,但它们的作用功效存在一定差异:MK4比MK7具有更强的抑制破骨细胞分化的能力,而MK7促进成骨细胞分化的能力优于MK4。进一步在地塞米松(Dex)构建的OP大鼠模型中观察到:MK4和MK7均能增加骨小梁数目、厚度和骨密度,降低骨小梁分离度,抵御Dex诱导的骨损伤;但MK7主要促进骨形成,MK4主要抑制骨吸收。分别对MK4和MK7在骨代谢中的作用机理进行研究,发现:(1)转录组测序结果显示,IL-6在MK4抑制的破骨细胞分化中发挥重要作用。体内外实验结果表明,MK4显著抑制了 IL-6的表达,干扰了 RANK与TRAF6间的相互作用。表明MK4抑制破骨细胞分化的作用机制,可能是通过抑制IL-6的表达来减弱RANK与TRAF6间的相互作用,进而抑制NFATc1的表达;(2)MK7通过促进LC3AI向LC3ACell Cycle抑制剂Ⅱ的转化以及抑制p62的表达,增加了细胞自噬水平。且自噬抑制剂(3-MA)能够抑制MK7对成骨细胞分化和矿化的促进作用,表明MK7促进的骨形成对细胞自噬有很强的依赖性。转录组测序结果显示,MK7参与调控PI3K/AKT信号通路。体内外实验结果表明,MK7抑制了 AKT和mTOR蛋白的磷酸化水平,提示MK7对细胞自噬的促进作用可能与对mTOR信号传导的抑制有关。2.探究了 MK7修复线粒体损伤的作用机理。通过建立6-羟基多巴胺(6-OHDA)诱导的线粒体损伤细胞模型,发现MK7可有效清除由6-OHDA诱导产生的活性氧(ROS),恢复线粒体膜电位,抑制细胞凋亡。进一步的机制研究发现,MK7可通过维持线粒体质量控制环的正常运行,实现对线粒体损伤的修复:一方面,MK7通过抑制6-OHDA引起的线粒体异常融合和分裂,促进了线粒体形态和数量的动态平衡;另一方面,MK7通过促进线粒体自噬和生物发生,加速了对损伤和功能失调线粒体的清除,维持了线粒体的稳定运转和能量供应。3.研究了真菌疏水蛋白(HGFI)对MK7性能的提升作用。利用HGFI修饰疏水性MK7,获得了亲水性HGFI-MK7纳米颗粒,揭示了 HGFI是以物理吸附的方式自组装在MK7纳米颗粒表面。并在体外细胞实验中发现,HGFI-MK7纳米颗粒可显著提高MC3T3-E1细胞的碱性磷酸酶活性以及骨保护素相对含量,强化了 MK7对成骨细胞分化的促进能力。