异常机械负荷通过机械敏感离子通道Piezo1诱导椎间盘退变中纤维环细胞凋亡

背景：椎间盘退变（IVDD）与纤维环（AF）的结构损伤密切相关。异常机械负荷是诱导纤维环细胞（AFCs）凋亡的重要因素，从而导致AF结构损伤并加重IVDD，但其潜在机制仍不清楚。本研究旨在探讨机械敏感离子通道蛋白Piezo1在异常机械负荷诱导的AFCs凋亡和IVDD中的作用机制。方法：对大鼠进行腰椎不稳手术，诱导不平衡的动力和静力，建立腰椎不稳模型。采用MRI和组织学染色评估IVDD程度。利用Flexcell系统体外建立周期性机械牵张（CMS）刺激的AFCs凋亡模型。采用Tunel染色、线粒体膜电位（MMP）检测和流式细胞术评估凋亡水平。通过western blot和钙荧光探针检测Piezo1的激活。利用化学激活剂Yoda1、化学抑制剂GSMTx4和慢病毒shRNA-Piezo1系统（Lv-Piezo1）调节Piezo1的功能。利用高通量RNA测序（RNA-seq）探讨Piezo1诱导AFCs凋亡的机制。通过Calpain活性试剂盒和western blot评估Calpain活性和Calpain2/Bax/Caspase3轴的激活，并利用siRNA介导的Calpain1或Calpain2敲低进行验证。采用椎间盘内注射Lv-Piezo1评估Piezo1沉默对IVDD大鼠的治疗效果。结果：腰椎不稳手术4周后促进了AFCs中Piezo1的表达并刺激了IVDD。CMS诱导了AFCs的明显凋亡，并增强了Piezo1的激活。Yoda1进一步促进了CMS诱导的AFCs凋亡，而GSMTx4和Lv-Piezo1则表现出相反的作用。RNA-seq显示，敲低Piezo1抑制了钙信号通路。CMS增强了Calpain活性，并提高了BAX和cleaved-Caspase3的表达。Calpain2而非Calpain1的敲低抑制了BAX和cleaved-Caspase3的表达，并减轻了AFCs凋亡。Lv-Piezo1显著减轻了大鼠腰椎不稳术后IVDD的进展。结论：异常机械负荷通过激活Piezo1及其下游Calpain2/BAX/Caspase3通路诱导AFCs凋亡，从而促进IVDD。Piezo1有望成为治疗IVDD的潜在治疗靶点。