Sci Adv | TOMID王佳力课题组发现激活CGRP受体介导的信号传导促进肌腱-骨愈合
降钙素基因相关肽（CGRP）是一种具有短半衰期的骨促进神经递质，在骨折的早期阶段显示增加，而降钙素受体样（CALCRL）水平降低。因此，CALCRL介导的信号通路的激活可能更关键，以促进肌腱-骨愈合。
2024年3月8日，中山大学王佳力团队在Science Advances 在线发表题为“Activation of CGRP receptor–mediated signaling promotes tendon-bone healing”的研究论文，该研究发现CGRP通过PKA/CREB/JUNB途径增强了BMSCs的成骨分化，有助于改善sonic hedgehog（SHH）表达，在过表达Calcrl的小鼠的肌腱-骨界面（TBI）得到了验证。
据报道，成骨细胞来源的SHH和缝隙引导配体3有利于神经再生和H型（CD31hiEMCNhi）血管形成，分别。令人鼓舞的是，CALCRL介导的信号通路的激活或失活显著增加或降低了TBI处H型血管和神经纤维的强度。同时，在Calcrl过表达组观察到了改善的步态特性和生物力学性能。总的来说，靶向CGRP受体的基因治疗可能是运动医学中的一种治疗策略。
每年全球约有两百万例前交叉韧带（ACL）损伤发生，估计年度成本高达700亿美元。虽然大多数患者可以通过ACL重建恢复其膝关节功能，但长期失败率仍然超过10%。肌腱移植物与骨愈合质量被广泛认为是影响患者临床结果的最具挑战性因素之一，这是由于从软组织到硬组织的复杂性所致。失败的重建需要进行第二次修复手术，给患者带来经济和身体负担，并增加了患者患上膝关节骨关节炎的风险。大量证据显示，向肌腱-骨界面（TBI）促进骨生长可能有助于移植物在肌腱附着点的愈合。
最近，一种名为H型血管的特定血管亚型被识别为高度阳性的内粘蛋白（EMCN）和CD31，据报道有利于围绕H型血管密集的骨骼前体细胞的成骨分化，通过调节血管生成和成骨耦合效应。H型血管主要分布在干骺端、骨膜和内膜。在ACL重建中，骨隧道将穿过富含H型血管的骨干区域，表明CD31hiEMCNhi内皮可能参与了肌腱-骨愈合期间的血管生成。
作者先前的研究报告了钙降素基因相关肽（CGRP），一种富含骨膜和骨髓的神经递质，有利于通过激活环磷酸腺苷3′，5′-单磷酸（cAMP）/cAMP响应元件结合蛋白（CREB）信号通路，在骨折愈合过程中促进促成骨介质的表达。作者发现，在镁（Mg）预处理后由CGRP富含的骨膜包裹的肌腱移植物显示出增强的骨整合能力。虽然CGRP最近已经尝试直接用于髌骨切除模型以测试其在TBI愈合中的作用，但这种神经肽的非常短的半衰期（血液中仅为5分钟）无疑会影响其在骨髓富集环境中的长期使用。
动物和患者的骨折部位CGRP的表达水平增加，然而据报道，骨折部位的CGRP受体（CALCRL）在早期愈合阶段（骨折后7天在小鼠）表达水平较低，而在中期愈合阶段（骨折后14天）显著增加。因此，有必要在手术后早期愈合阶段增加位于预钻通道的细胞上的CGRP受体的表达水平，以启动CGRP介导的信号通路的激活。基因治疗，例如通过调节CGRP受体表达来调节CGRP信号通路的潜在策略。例如，Calcrl的过表达有利于成骨前体细胞的成骨分化，导致骨折区域骨再生增强。
据文献报道，sonic hedgehog（SHH）有利于神经轴突再生。SHH在成骨细胞中检测到，表明成骨细胞在促进感觉神经轴突的生长方面起着有利作用。一方面，由TH+交感或感觉神经纤维分泌的神经递质（去甲肾上腺素（NE）或CGRP）与骨建模和重塑密切相关。另一方面，据发现，成骨细胞来源的网蛋白-1和成骨细胞分泌的SHH已被发现诱导神经轴突的生长，表明骨骼和神经组织之间的通讯对于骨再生至关重要。因此，通过促进成骨细胞中SHH的产生，CGRP/CGRP受体介导的信号通路的激活可能驱动内新生，从而激活巨噬细胞的招募和内源性神经前体细胞的增殖。
与此同时，缝隙引导配体3（SLIT3）在成骨细胞中高表达，这可能同时促进H型血管的形成，最终对骨再生产生积极影响。由于CGRP受体在成骨细胞中的过表达有利于它们在CGRP的刺激下的成骨分化，因此成骨细胞数量的增加可能通过在TBI处分泌更多的SLIT3促进血管生成。总的来说，CGRP受体在骨隧道中的过表达可能通过调节内新生和血管生成，从而促进移植物的骨整合。
在这项研究中，为了实现局部药物滞留，作者提出了将腺病毒介导的shCalcrl（adv-shCalcrl）或Calcrl（adv-Calcrl）载荷的羟基烷基微粒（HMPs）注入接受ACL重建的小鼠的骨隧道的假设。因此，作者提出了一个假设：与对照组和adv-shCalcrl组相比，adv-Calcrl治疗的小鼠的骨隧道处的移植物骨整合将通过调节成骨生成血管生成和成骨生成内新生耦合效应而得到显著提升，通过上调成骨细胞源SHH和SLIT3水平。为了检验这个假设，作者尝试（i）进一步揭示CGRP信号通路在间充质干细胞成骨分化中的作用，并且（ii）验证CGRP受体介导的信号通路的激活是否通过调节TBI处的血管生成和内新生来影响肌腱移植物愈合。
供稿：转载公众号 iMedicines
终审：宋剑