CDD | 邹卫国团队等合作解析航天微重力诱导椎间盘退变的新机制与潜在干预靶点

随着人类太空探索的深入，太空旅行及太空驻留的需求日益迫切。而长期微重力环境使宇航员椎间盘退变的风险大大提高【1】。此外，椎间盘退变也是导致下腰痛和残疾的首要原因，给个人和社会都带来了极大的经济负担【2】。髓核作为椎间盘的受力核心，其力学失稳是诱发椎间盘退变的主要始动因素，但髓核自身的力学失稳是否足以独立引发椎间盘退变？力学信号如何被细胞“翻译”成生化活动？这些问题始终悬而未决。

近日，中国科学院分子细胞科学卓越创新中心/海南医科大学邹卫国团队联合空军军医大学西京医院高博、罗卓荆课题组在CellDeath and Differentiation期刊上在线发表研究成果，题为Targeting AMPK signaling in nucleus pulposus cells ameliorates spaceflight microgravity-induced intervertebral disc degeneration。研究揭示髓核细胞中的机械敏感蛋白PIEZO1是感知重力变化的核心“传感器”。太空微重力环境会抑制PIEZO1功能，进而激活AMPK信号通路引发髓核细胞凋亡和ECM代谢紊乱，最终导致椎间盘退变。更重要的是，局部给予AMPK抑制剂能显著缓解退变进程，为宇航员脊柱保护和地面患者治疗提供了全新策略。

首先，研究人员将髓核细胞送入中国空间站，发现微重力条件下机械敏感离子通道PIEZO1表达显著下降，细胞ECM代谢紊乱。同时，在腰椎失稳的大鼠模型和不同退变程度的人类椎间盘样本中，PIEZO1表达均随退变加重而降低，提示PIEZO1是维持髓核稳态的关键分子。

通过构建髓核特异性Piezo1敲除小鼠，研究人员发现髓核细胞的Piezo1缺失即可诱导自发性椎间盘退变，且伴随神经浸润以及机械痛敏感性增强。此外，敲除小鼠的脊柱功能单位抗压能力下降、应力分布异常，证明髓核力学失稳足以牵动整个功能单位的病理性改变。

进一步的机制解析表明，PIEZO1通过钙离子内流激活钙调磷酸酶，进而抑制AMPK信号；当PIEZO1缺失时，钙调磷酸酶活性降低，AMPK被异常激活，驱动细胞凋亡和ECM代谢紊乱。这一完整的“PIEZO1-Ca²⁺-钙调磷酸酶-AMPK”轴线，将力学刺激与细胞命运直接联系起来。

最后，研究人员在大鼠尾椎穿刺模型中，将AMPK抑制剂负载于介孔二氧化硅中，局部注射至受损椎间盘，实现局部缓释。影像和组织学分析均证实，这些治疗能显著延缓退变、恢复椎间盘高度与结构完整性。

该研究再一次证明了髓核作为脊柱力学响应的核心地位，在髓核中揭示了PIEZO1作为重力传感器的全新功能，并阐明其下游信号轴。更重要的是，局部靶向AMPK通路为椎间盘退变提供了具有转化潜力的治疗方案，不仅为地面数亿患者带来新希望，也为保障宇航员脊柱健康提供了科学依据。

该研究第一作者为中国科学院分子细胞科学卓越创新中心谢再起博士（现为海南医科大学博士后）、海南医科大学蒋博博士与空军军医大学西京医院王冠一博士。通讯作者为中国科学院分子细胞科学卓越创新中心/海南医科大学邹卫国研究员、空军军医大学西京医院高博教授与罗卓荆教授。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41418-026-01809-3

制版人：十一

参考文献

1. Knezevic NN, Candido KD, Vlaeyen JWS, Van Zundert J, Cohen SP. Low back pain.Lancet(London, England). 2021;398:78-92.

1. Johnston SL, Campbell MR, Scheuring R, Feiveson AH. Risk of herniated nucleus pulposus among u.s. Astronauts. Aviation, space, and environmental medicine. 2010;81:566-74.

学术合作组织

（*排名不分先后）

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