今天介绍的文献是近期华中科技大学同济医学院团队发表在Journal of Clinical Investigation期刊上的研究：Endothelial BMAL1 decline during aging leads to bone loss by destabilizing extracellular fibrillin-1：衰老过程中内皮BMAL1的下降通过破坏细胞外fibrillin-1导致骨质流失：
男性占骨质疏松性骨折病例的39%，然而对男性骨骼老化的研究并未受到太多关注（临床问题的特色）。先前的研究发现，男性骨骼老化的变化包括骨髓间充质干细胞（BMSCs）和成骨细胞的减少、骨基质结构的降解以及破骨细胞激活的增强。骨髓血管内皮细胞（ECs）与成骨活性密切相关，其在衰老过程中促进成骨的能力会减弱（研究细胞的特色）。昼夜节律与衰老有着复杂的联系。作为唯一不可替代的昼夜节律时钟基因，Bmal1被报道阻止衰老进展和预防与年龄相关的疾病（研究角度特色-生物节律）。骨组织中BMAL1的不足会导致干细胞数量减少、成骨功能受损和骨基质降解。然而，BMAL1如何调节骨骼老化的具体机制仍然是一个未解决的问题。
研究发现1）骨髓中BMAL1的下降主要发生在衰老的内皮细胞中，并揭示了内皮BMAL1在男性骨骼老化进展中的作用。研究发现2）内皮BMAL1的下降通过THSD4（ADAMTSL6）和ADAMTS4两种基质蛋白酶影响fibrillin-1（FBN1）等细胞外基质（ECM）微纤维的弹性；3）FBN1分解导致TGF-β从微纤维中释放出来，导致其下游信号通路的过度激活，导致骨髓间充质干细胞（BMSCs）耗竭和破骨细胞形成的增加；最后4）缺乏BMAL1的ECs中ADAMTS4的激活是通过TGF-β/SMAD3信号通路通过ECM正反馈机制刺激的，而THSD4则直接受内皮BMAL1的转录控制。
为了探究BMAL1与年龄相关骨质流失的关系，团队进行了Bmal1基因敲除实验，检测小鼠股骨中的BMAL1蛋白水平，发现BMAL1水平随年龄增长而下降，Bmal1缺失导致骨质加速流失，说明BMAL1在维持骨质中起关键作用。
为了研究BMAL1对骨髓间充质干细胞（BMSCs）功能的影响，团队进行了流式细胞术实验，检测BMSCs的数量和成骨功能，发现Bmal1缺失导致BMSCs数量减少和成骨功能受损，说明BMAL1对BMSCs的维持和功能至关重要。为了揭示BMAL1如何调节FBN1的稳定性，团队进行了基因敲除和蛋白酶活性检测实验，检测了THSD4和ADAMTS4的表达水平，发现BMAL1缺失导致THSD4下降和ADAMTS4上升，进而影响FBN1稳定性，说明BMAL1通过调控THSD4和ADAMTS4平衡FBN1。为了理解FBN1降解后对TGF-β/SMAD3信号通路的影响，团队进行了免疫荧光和WB实验，检测了TGF-β释放和SMAD3磷酸化水平，发现FBN1降解导致TGF-β释放和SMAD3持续激活，进而导致BMSCs耗竭，说明FBN1的稳定性对BMSCs功能和骨质流失具有重要影响。
1）研究关注的临床问题：男性骨骼老化和骨质流失，相关角度为生物节律基因与内皮细胞衰老的关系；2）研究关注的主要细胞和表型：骨髓间充质干细胞（BMSCs）活性下降导致骨量减少、骨骼力学性能降低；而骨膜内皮细胞（ECs）：与骨生成活动密切相关，其BMAL1表达的变化与骨老化进程相关。3）关键的分子和机制：BMAL1作为核心生物钟基因，其在骨髓血管内皮细胞中的表达下降与骨质流失相关；FBN1细胞外基质微纤维蛋白，其稳定性受THSD4和ADAMTS4两种基质蛋白酶的调控；TGF-β/SMAD3信号轴：FBN1的降解导致TGF-β释放，激活该信号轴，影响BMSCs的功能和骨质流失。
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