Wnt抑制分子Tiki在骨代谢中的作用以及作为治疗骨质疏松新靶标的研究

Osteoporosis is a global health issue that severely affects human health. Wnt signaling pathway plays critical roles in bone development and metabolism, and dysregulation of Wnt signaling is involved in bone metabolism related diseases. We previously discovered Tiki as a novel metalloprotease family of Wnt inhibitor. To study Tiki2 function in mammalian system in vivo, we constructed a Tiki2 knockout mouse model. Tiki2 knockout mice are viable and fertile, with mild craniofacial defect. Tiki2 gene is expressed in osteoblast, and preliminary micro CT results indicate that Tiki2 knockout mice have overt high bone mass phenotype, suggesting that Tiki2 may play an important role in bone metabolism and may be a novel therapeutic target for osteoporosis. In order to further study the Tiki2 function in bone metabolism, we have generated a Tiki2 conditional knockout mouse line. In the current project, we plan to use the Tiki2 knockout and conditional knockout mouse models, combine with osteoporosis mouse model and in vitro cell biology approaches, to study the function of Tiki in bone metabolism, and to provide a new therapeutic target for osteoporosis.

骨质疏松已成为严重威胁人类健康的全球性问题。Wnt信号在骨骼发育和骨代谢调控中发挥重要作用，Wnt通路异常与骨代谢失衡引起疾病密切相关。Tiki是我们发现的一类新的蛋白酶类Wnt抑制分子。为研究Tiki2基因在哺乳动物体内的功能，我们构建了Tiki2基因敲除小鼠模型。Tiki2敲除小鼠能够存活并正常繁殖，但表现出轻微的头面部发育异常。Tiki2基因表达于成骨细胞，初步的显微CT结果显示，Tiki2基因敲除小鼠骨质明显增加，提示Tiki2很可能在骨代谢调控中发挥重要作用，并有望成为治疗骨质疏松的新靶标。为进一步研究Tiki2在骨代谢中的作用，我们构建了Tiki2基因条件性敲除小鼠模型。本项目拟以Tiki2敲除小鼠和条件性敲除小鼠为主要模型，结合骨质疏松小鼠模型及体外细胞生物学方法，深入研究Tiki对骨代谢的调控作用和机制，为治疗骨质疏松症提供新的思路和靶点。

Wnt信号通路在骨骼发育和骨代谢调控中发挥重要作用，Wnt通路异常与骨代谢失衡引起的疾病密切相关。Tiki是我们发现的一类新的蛋白酶类Wnt抑制分子，通过水解Wnt蛋白的氨基端使之失活。Tiki在哺乳动物体内的功能以及Tiki在细胞中调控Wnt信号的机制还有待于进一步的研究。本项目中，我们首先利用Tiki2基因的全身敲除和成骨细胞谱系特异性敲除小鼠模型，研究了Tiki2对小鼠长骨骨量和骨代谢的调控。结果表明，Tiki2敲除导致小鼠长骨骨量增加，同时Tiki2过表达于骨肉瘤细胞中抑制细胞向成骨细胞分化。这些结果提示Tiki2在体内负调控骨骼合成代谢，拮抗Tiki2的功能有可能作为治疗骨质疏松的手段。另一方面，我们利用体外细胞培养体系，研究了Tiki在接收Wnt信号的细胞膜上调控Wnt信号的机制。我们发现Tiki蛋白作为GPI锚定蛋白，定位于细胞膜上的特定区域，并且能够被磷脂酶GDE和细胞膜基质金属蛋白酶MMP15调控。Tiki蛋白在细胞膜上与Wnt-FZD受体复合物结合，在FZD的协助下水解Wnt蛋白的氨基端，阻止Wnt-FZD复合物招募和激活共受体LRP6或者ROR1/2，但是不影响Wnt-FZD复合体的稳定性。这些结果阐明了Tiki蛋白在细胞膜上的作用和调控机制，为进一步研究Tiki蛋白的体内功能提供了基础。