机械敏感黏附GPCR GPR133通过cAMP/β-catenin通路增强骨形成：骨质疏松治疗新靶点

时间：2025年7月1日

来源：Signal Transduction and Targeted Therapy

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本研究揭示黏附GPCR GPR133/ADGRD1通过PTK7相互作用和机械力激活cAMP/β-catenin通路促进成骨细胞分化，其特异性激动剂AP503在卵巢切除模型中显著缓解骨质疏松。该发现为骨量减少疾病提供了新型治疗靶点，发表于《Signal Transduction and Targeted Therapy》。

骨质疏松作为老龄化社会的重大健康挑战，现有疗法存在严重副作用或长期疗效不足的局限。黏附G蛋白偶联受体（GPCR）家族成员GPR133（ADGRD1）的基因变异已被全基因组关联研究（GWAS）证实与骨密度和身高相关，但其在骨稳态中的具体机制尚不明确。德国莱比锡大学Ines Liebscher团队联合山东大学Sun Jin-Peng团队在《Signal Transduction and Targeted Therapy》发表的研究，通过构建条件性基因敲除小鼠模型和分子机制解析，揭示了GPR133通过整合机械力刺激与配体PTK7相互作用，激活cAMP/PKA/β-catenin级联反应促进骨形成的新机制，并开发出可缓解骨质疏松的小分子激动剂AP503。

研究采用基因工程小鼠模型（包括全身性和成骨细胞特异性Gpr133敲除）、细胞拉伸实验、机械负荷模型和卵巢切除（OVX）骨质疏松模型，结合RNA干扰、cAMP检测、β-catenin磷酸化分析和三维μCT成像等技术。

Gpr133/Adgrd1缺失导致小鼠骨量减少
通过LacZ报告基因小鼠证实Gpr133在椎骨和肋骨中高表达。μCT显示22周龄敲除小鼠皮质骨厚度减少15%，骨小梁数量降低，股骨最大载荷下降30%。成骨细胞特异性敲除重现了上述表型，三弯试验证实骨弹性模量显著降低。

成骨细胞功能障碍是骨丢失主因
敲除小鼠血清骨形成标志物PINP降低40%，而骨吸收标志物CTX升高2倍。原代骨髓间充质干细胞（BM-MSCs）分化实验中，敲除组碱性磷酸酶（ALP）活性下降50%，矿化能力减弱。RNA-seq显示Wnt通路成分（Wnt3a、TCF7）及其抑制剂（DKK1）表达异常。

GPR133通过cAMP/β-catenin双重调控
小分子激动剂AP503（1 nM）可使野生型成骨细胞cAMP水平升高8倍，而敲除细胞无响应。机制研究发现：①PKA抑制剂H89阻断β-catenin积累；②GSK3抑制剂CHIR-99021可挽救敲除细胞的β-catenin缺陷；③AP503使β-catenin磷酸化（Thr⁴¹/Ser⁴⁵）降低60%，提示其通过抑制降解途径稳定β-catenin。

机械力-PTK7协同激活受体
10%拉伸应变使Gpr133表达上调3倍，与配体PTK7共定位于骨组织。PTK7包被培养皿使野生型细胞ALP活性提升2倍，而敲除细胞无响应。运动模型中，AP503与跑步训练协同增加骨量28%，显著优于单一干预。

AP503成功逆转骨质疏松
在OVX模型中，AP503（2 mg/kg/天×4周）使骨体积分数（BV/TV）恢复至假手术组90%，骨小梁数量增加35%，完全逆转了卵巢切除导致的破骨细胞增多现象。

该研究首次阐明GPR133/ADGRD1作为机械力传感器和化学信号整合器的双重功能，其激活既可增强成骨细胞分化，又通过上调骨保护素（OPG）抑制破骨细胞活化。发现的靶向激动剂AP503克服了现有PTH疗法的时间窗限制，为原发性/继发性骨质疏松提供了兼具安全性和协同效应的治疗策略。未来研究需在人类样本中验证该通路的保守性，并探索其在太空失重或长期卧床所致骨丢失中的应用潜力。