Bone Res:维生素K的“秘密指令”,科学家发现骨骼代谢新开关


骨骼并非一成不变的支架,而是一个活跃的“施工现场”。成骨细胞负责建造新骨,破骨细胞则负责拆除老化或受损的骨组织,这对“建筑队”与“拆迁队”之间的默契配合,维持着人体骨骼的健康平衡,一旦失衡,骨吸收超过骨形成,骨质疏松便悄然来袭。全球约有2亿人受骨质疏松困扰,其中女性绝经后发病率显著升高。脆性骨折是骨质疏松最严重的后果,髋部骨折后一年内死亡率高达20%至30%。

维生素K长期被认为与骨骼健康有关,但它究竟如何在分子层面发挥作用,科学家一直未能完全厘清。日前,一篇发表在国际杂志Bone Research上题为“Vitamin K-dependent carboxylation in osteoblasts regulates bone resorption through GAS6 in male mice”的研究报告中,来自加拿大蒙特利尔临床研究所等机构的科学家们通过研究揭示了维生素K依赖的γ-羧基化反应如何调节骨骼重塑。

文章中,研究人员首先检视了负责维生素K依赖型γ-羧基化反应的关键酶——γ-谷氨酰羧化酶和维生素K氧化还原酶。结果发现,这些酶主要在成骨细胞中表达,而在破骨细胞中几乎不见踪影。这提示维生素K信号主要通过成骨细胞发挥作用。为了验证这一通路,研究人员在雄性小鼠的成骨细胞中特异性删除了γ-谷氨酰羧化酶,到6月龄时,这些小鼠的骨量显著增加,骨骼结构更致密、连接性更强。

成骨细胞中缺乏γ-羧基化的雄性小鼠骨量增加

进一步实验表明,骨量增加的主要原因是骨吸收减少,而非骨形成增强。成骨细胞特异性缺失γ-谷氨酰羧化酶后,破骨细胞的数量和表面积明显下降,血液中骨吸收的标志物水平也随之降低。在共培养实验中,缺乏该酶的成骨细胞支持破骨细胞形成的能力大打折扣。

接下来,研究人员寻找连接成骨细胞与破骨细胞的关键γ-羧基化蛋白。他们锁定了一种名为生长停滞特异性蛋白6(简称GAS6)的信号分子。GAS6由成骨细胞分泌,经过γ-羧基化修饰后,能够激活破骨前体细胞表面的两种受体—AXL和MerTK。实验显示,补充经过γ-羧基化处理的重组GAS6蛋白,剂量依赖性地促进了破骨细胞的形成,并增加了每个破骨细胞的细胞核数量,形成更大、更成熟的多核破骨细胞。相反,使用药物抑制AXL和MerTK受体后,破骨细胞的生成被显著阻断。

研究者指出,这项研究揭示了一个出人意料的机制:成骨细胞并非被动地等待破骨细胞来拆除骨骼,而是通过GAS6信号主动参与调控破骨细胞的成熟过程。换句话说,维生素K依赖的γ-羧基化不仅影响骨骼矿化,还控制着成骨细胞如何向破骨细胞传递指令。为了验证GAS6水平升高是否足以直接改变体内骨骼代谢,研究人员构建了血液中GAS6浓度升高的转基因小鼠。这些小鼠表现出相反的表型:骨密度下降、破骨细胞数量增多、骨吸收增强。进一步的实验表明,GAS6主要促进破骨前体细胞融合为成熟的多核破骨细胞,而不是改变破骨细胞分化的早期阶段。

这项研究首次鉴定了GAS6作为一种成骨细胞来源的维生素K依赖蛋白,直接调节破骨细胞的成熟,此前人们知道维生素K对骨骼有好处,但具体“好在哪里”并不清楚。如今科学家终于找到了一个明确的分子通路:成骨细胞分泌GAS6,经过维生素K依赖的修饰后,它就能告诉破骨前体细胞“该长大、该融合了”。如果这个信号太弱,破骨细胞不够活跃,骨骼就会过度堆积;如果信号太强,破骨细胞过度兴奋,骨骼就会被拆得太多。

这一发现为理解维生素K如何影响骨骼生物学提供了全新框架;未来,针对GAS6或TAM受体信号通路的干预手段或能帮助调节过度的骨吸收同时保留正常的骨重塑功能。对于那些骨折风险高、或正在与骨质疏松作斗争的人群而言,这无疑是一个值得期待的科学进展。当然,在此之前,均衡饮食、适量补充维生素K(比如多吃些绿叶蔬菜)依然是维护骨骼健康性价比最高的选择。(生物谷Bioon.com)

参考文献:

Pata, M., Pham, D.N.T., Lacombe, J. et al. Vitamin K-dependent carboxylation in osteoblasts regulates bone resorption through GAS6 in male mice. Bone Res 14, 48 (2026). doi:10.1038/s41413-026-00528-2


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