Nature子刊：北航李春燕团队发现骨质疏松的潜在治疗新靶点

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

骨骼健康是全球公共卫生体系中不容忽视的重要议题，随着人口老龄化的不断加剧，以骨质疏松为代表的代谢性骨病受到广泛关注。骨质疏松症是一种由多种原因引发的全身性骨病，其主要特征为骨密度和骨质量下降、骨微结构退变，导致骨脆性增加，从而易引发骨折。

增强子作为一类非编码调控元件，近年来受到广泛关注。越来越多的研究证实，增强子在调控关键基因表达和决定细胞命运中发挥关键作用，其与很多疾病紧密相关，比如癌症、血管疾病、心脏疾病、神经系统疾病以及骨质疏松症等。高通量测序技术的快速发展，使得在全基因组范围内筛选有活性的增强子和解析其分子调控机制成为可能。全基因组关联分析（GWAS）已鉴定出数百个骨质疏松易感遗传位点，其中绝大多数变异位点富集于增强子区域。然而，目前增强子在骨形成与骨质疏松中的作用分子机制尚未被充分解析。

近日，北京航空航天大学医学科学与工程学院李春燕课题组在Nature Communications期刊发表了题为：Enhancer-mediated Etv4 activation stimulates osteogenic differentiation 的研究成果。

该研究通过整合 RNA-seq 和 ChIP-seq 等组学数据成功筛选出在成骨过程中起关键作用的增强子，运用 CRISPR-Cas9 和 CUT&Tag 等技术，结合 Hi-C 数据等，从“顺式调控元件→反式调控因子→靶基因”的调控层面，通过体内和体外实验验证了成骨分化和骨形成过程中“enh11→ Stat3→ Etv4”这一关键调控轴，阐明了 enh11 介导的调控通路在成骨分化和骨形成中的分子机制，为骨质疏松症提供了潜在治疗靶点。

1、筛选参与骨形成的活性增强子

为筛选参与成骨分化和骨形成的特异性功能增强子，研究团队从公共数据库中获取人和鼠未分化及成骨分化的间充质干细胞的转录组数据，并结合 FANTOM5 与 EnhancerAtlas 2.0 两大权威增强子注释数据库，成功筛选出可能促进成骨细胞向分化的位于小鼠 11 号染色体上的一个增强子（命名为“enh11”）。同时分析了其物种保守同源基因，确保研究结果的跨物种适用性。

2、特异性敲除 enh11 抑制了成骨细胞系的分化

为探究 enh11 在成骨分化和骨形成过程中的生物学功能，研究团队利用 CRISPR-Cas9 技术构建了 enh11 特异性敲除的成骨前体细胞系（MC3T3-E1 enh11-/-）。并通过 ALP 染色、茜素红染色以及骨相关的标志物 mRNA 水平验证，enh11 敲除可显著抑制成骨细胞分化。

3、enh11 条件型敲除小鼠骨形成能力下降

为进一步验证 enh11 在体内骨形成中的生物学功能，研究团队利用 CRISPR-Cas9 技术构建 enh11 成骨细胞特异性敲除小鼠模型。对 2 月龄雌性小鼠进行体内功能实验验证，结合 Micro-CT、组织学染色以及对成骨分化相关基因的定量分析，结果显示，enh11 成骨细胞特异性敲除会导致小鼠骨量下降和骨微结构破坏，从而证明了 enh11 是调控成骨细胞分化与骨形成的关键顺式调控元件。上述结果在雌雄小鼠中均得到验证。

4、靶基因Etv4参与成骨细胞的分化

为解析 enh11 介导的下游调控网络，研究团队对 enh11 敲除细胞及对照细胞进行转录组测序与差异表达基因分析，结合公共数据库 Hi-C 数据分析发现，提示了 Etv4 是 enh11 的潜在靶基因。研究团队还进行了荧光素酶报告基因实验，并利用 siRNA 敲低 Etv4 对成骨分化表型进行观测。结果表明，Etv4 是 enh11 的关键下游靶基因，参与调控成骨细胞的分化。

5、Etv4敲除小鼠骨形成能力下降

研究团队通过对 2 月龄野生型（WT）与 Etv4 基因敲除（Etv4-KO）小鼠的表型分析，发现与 WT 小鼠相比，Etv4-KO 小鼠在体重、骨量及骨微结构相关参数上均存在显著差异，表明 Etv4 基因敲除可明显抑制小鼠体内骨形成。上述结果在雌雄小鼠中均得到验证。

6、Stat3 与 enh11 结合调控Etv4的表达

研究团队通过转录因子数据库的整合分析，预测 Stat3 可结合于 enh11 区域及 Etv4 启动子区域。在 MC3T3E1 细胞中利用 siRNA 敲低 Stat3，CUT&Tag 结果显示，Stat3 的敲低使 Stat3 与 enh11 与 Etv4 启动子区域的结合均降低，同时伴随 Etv4 表达显著下降。

为进一步验证 enh11 对成骨细胞分化的调控依赖于与转录因子 Stat3 的结合，研究团队从 JASPAR 数据库获取转录因子 Stat3 的结合基序（motif），运用 CRISPR-Cas9 技术特异性敲除 enh11 区域 Stat3 的结合序列。ALP 染色、茜素红染色及成骨分化标志物检测等结果显示 enh11 区域 Stat3 结合位点的缺失可显著抑制成骨细胞分化，从而证明 Stat3 与 enh11 的特异性结合是介导成骨细胞分化的关键。

总的来说，该研究表明，enh11 结合转录因子 Stat3，调控了靶基因 Etv4 的表达，从而影响了成骨分化与骨形成。

这项研究整合了转录组、表观组、三维基因组及表型组等多组学数据，从“顺式调控元件→反式调控因子→靶基因”的角度，系统揭示了“enh11→ Stat3→ Etv4”关键调控轴在成骨分化与骨形成中的关键作用，从分子机制到生理功能实现了完整的逻辑闭环，为骨质疏松等骨代谢疾病提供了全新的分子机制与潜在治疗靶点。

北京航空航天大学医学科学与工程学院李春燕副教授为论文通讯作者，博士研究生张俊有（已毕业，现就职于首都医科大学附属世纪坛医院）、王棨临（已毕业）、成卓玉和刘家欣为论文共同第一作者。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-026-70796-3