Nature子刊：四川大学赵雪峰/白丁团队破解罕见骨病难题，找到“关闭”病变的关键开关

纤维性发育不良（Fibrous Dysplasia, FD）是一种罕见的骨病，患者的正常骨组织被异常的纤维-骨混合组织取代，导致骨骼变形、疼痛、易骨折，甚至影响外观和行动能力。

基于此，四川大学赵雪峰教授&白丁教授研究团队在Nature communications杂志发表了“Protein kinase A is a dependent factor and therapeutic target in mouse models of fibrous dysplasia”揭示了蛋白激酶A是纤维性发育不良小鼠模型中的一种依赖因子和治疗靶点。

作者证明：在骨骼干细胞谱系中表达PKA激活型突变的转基因小鼠模型中，PKA的激活可重现类似纤维性发育不良的病灶。从机制上看，PKA促进破骨细胞生成并导致骨骼干细胞异常的成骨分化与增殖，同时损害矿化过程。通过基因工程手段表达PKA抑制肽或使用小分子抑制剂下调PKA活性，可有效缓解纤维性发育不良小鼠模型中的病灶，并在PKA抑制小鼠模型中通过增加骨小梁体积来保护骨骼结构。尽管长期药理学抑制PKA的效果仍有待验证，但这些研究结果表明，PKA是纤维性发育不良发生和进展所依赖的关键因子，凸显了其作为治疗靶点的潜力。

图一 PKAcαW197R突变增强了 PKA 信号传导

PKAcα的组成型活性突变体PKAcαW197R是通过定点诱变方法在重组人PKAcα中引入W197R氨基酸替换而构建的。与野生型PKAcα相比，PKAcαW197R在293T细胞中对cAMP反应元件（CRE）荧光素酶报告基因的转录激活作用更强。在PKAcαW197R构建体中加入的HA标签的免疫印迹结果证实了该突变体在293T细胞转染后的成功表达。

此外，免疫印迹和ELISA分析显示，Gαs/PKA通路下游效应分子PKA和CREB的磷酸化水平均显著升高。这些数据表明，PKAcαW197R能够有效激活PKA信号通路。

研究人员构建了一种可精确控制的转基因小鼠模型：通过将 Tet-PKAcαW197R-rtTA 小鼠与 Prrx1-Cre 小鼠杂交获得了只在骨骼干细胞（SSC）中、且仅在给予多西环素（Dox）时才表达突变蛋白 PKAcαW197R 的小鼠（简称 PKA 小鼠）。 这种设计确保了突变蛋白的表达既限于特定细胞（表达 Prrx1 的骨骼干细胞），又可随时“开关”（靠 Dox 控制）。新生小鼠发育正常，无明显异常。给予 Dox后，检测证实肢骨中成功表达了带 HA 标签的 PKAcαW197R 蛋白，并伴随 PKA 通路活性（磷酸化水平）显著升高，说明该模型有效激活了目标信号通路。

这些结果表明，在PKA小鼠中，PKA信号通路实现了高效且组织特异性的激活。

图二 PKA的激活可诱导类似纤维性发育不良的病灶

为了探究在骨骼干细胞（SSC）中表达PKAcαW197R是否足以引发纤维性发育不良（FD），作者在小鼠6周龄时给予多西环素（Dox，0.1 g/L，加入饮水中）处理并每日观察其是否出现骨病变的体征。

与表型正常的同窝对照小鼠相比，所有PKA突变小鼠在Dox诱导后迅速出现典型的FD样病变，表现为肢体肿胀和运动活动减少（）。影像学检查显示，这些小鼠的后肢骨和颅骨呈现出典型的“磨玻璃样”改变和严重的溶骨性病变。值得注意的是，PKA小鼠虽表现出明显的膨胀性骨病变，但其数量少于携带致病性GαsR201C突变的小鼠。作者选用胫骨进行定量显微计算机断层扫描（μCT）分析。由于各组小鼠胫骨长度无显著差异，因此在生长板远端2 mm处设定一个厚度为1 mm的标准感兴趣区域。μCT分析显示，PKA小鼠的骨体积分数和骨密度均显著降低，进一步证实了其存在溶骨性改变。

为进一步研究这些病变的形态学特征，在距生长板2.5 mm处选取横断面感兴趣区域进行分析，结果显示骨髓腔面积以及内皮质/骨膜周长显著减少，提示膨胀性病变侵入并压迫了骨髓腔。对胫骨和颅骨的组织病理学检查揭示了PKA小鼠具有人类FD病变的典型组织学特征。

苏木精-伊红染色显示，正常板层骨被纤维基质和形状不规则、未成熟的编织骨所取代且后者表面缺乏成骨细胞覆盖。病灶区域内可见大量破骨细胞，提示存在破骨细胞介导的骨吸收和骨重建增强。未脱钙胫骨的Von Kossa染色显示严重的矿化缺陷及明显的类骨质沉积，皮质骨被广泛分布的未矿化组织破坏。偏振光下Sirius Red染色显示大量呈绿色双折射的III型胶原，表明骨组织受损。

综上所述，在骨骼干细胞中表达激活型突变体PKAcαW197R足以诱导FD样病变。

图三 药理学抑制PKA可缓解FD样骨病变并改善骨强度

受前期发现启发，作者尝试通过抑制PKA通路治疗FD。他们在FD小鼠模型中使用两种机制不同的PKA抑制剂：H89和Rp-8-Br-cAMPS。所有小鼠先用多西环素（Dox）诱导出典型FD表型（如肢体肿胀、活动受限），随后分为三组：未治疗组、H89治疗组和Rp-8-Br-cAMPS治疗组，后两组每隔一天腹腔注射抑制剂，持续11天。

结果显示，两种抑制剂均有效降低骨骼中PKA活性，显著减轻肢体肿胀、改善运动能力。影像学和显微CT分析显示，治疗组小鼠胫骨和颅骨的“磨玻璃样”病变明显减少，骨体积、骨密度和骨髓腔结构得到恢复，骨力学性能（如最大载荷）也显著提升。组织学进一步证实，FD病灶从整根胫骨缩小至仅限干骺端，破骨细胞浸润减少，成骨细胞增多，骨重建趋于平衡。重要的是，在短期治疗期间，主要脏器未见明显毒性。

综上，抑制PKA可有效缓解FD骨病变，支持其作为FD的潜在治疗靶点，但长期安全性仍需进一步评估。

总结

本研究首次揭示PKA通路是FD发生和进展的关键驱动因素，并证明靶向抑制PKA可有效缓解骨病变、恢复骨结构与功能，且在骨骼干细胞特异性干预下未见明显毒性。这一发现不仅确立了PKA作为FD治疗的新靶点，也为开发更安全、精准的分子疗法提供了理论依据，尤其为替代当前存在安全顾虑的抗骨吸收药物开辟了新路径。同时，研究推动了对Gαs/PKA信号轴在骨代谢疾病中作用的理解，具有重要的转化医学价值。

文章来源：

https://doi.org/10.1038/s41467-025-61402-z

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