Piezo1‐mediated M2 macrophage mechanotransduction enhances bone formation through secretion and activation of transforming growth factor‐β1

细胞生物学 压电1 机械转化 间充质干细胞 巨噬细胞 骨重建 化学 转化生长因子 分泌物 基因敲除 生物 体外 受体 内分泌学 细胞凋亡 生物化学 机械敏感通道 有机化学 离子通道
作者
Guanhui Cai,Yahui Lu,Weijie Zhong,Ting Wang,Yingyi Li,Xiaolei Ruan,Jie Chen,Lian Sun,Zhaolan Guan,Gen Li,Hengwei Zhang,Wen Sun,Minglong Chen,Weibing Zhang,Hua Wang
出处
期刊:Cell Proliferation [Wiley]
卷期号:56 (9) 被引量:25
标识
DOI:10.1111/cpr.13440
摘要

Abstract Macrophages are multifunctional immune system cells that are essential for the mechanical stimulation‐induced control of metabolism. Piezo1 is a non‐selective calcium channel expressed in multifarious tissues to convey mechanical signals. Here, a cellular model of tension was used to study the effect of mechanical stretch on the phenotypic transformation of macrophages and its mechanism. An indirect co‐culture system was used to explore the effect of macrophage activation on bone marrow mesenchymal stem cells (BMSCs), and a treadmill running model was used to validate the mechanism in vivo for in vitro studies. p53 was acetylated and deacetylated by macrophages as a result of mechanical strain being detected by Piezo1. This process is able to polarize macrophages towards M2 and secretes transforming growth factor‐beta (TGF‐β1), which subsequently stimulates BMSCs migration, proliferation and osteogenic differentiation. Knockdown of Piezo1 inhibits the conversion of macrophages to the reparative phenotype, thereby affecting bone remodelling. Blockade of TGF‐β I, II receptors and Piezo1 significantly reduced exercise‐increased bone mass in mice. In conclusion, we showed that mechanical tension causes calcium influx, p53 deacetylation, macrophage polarization towards M2 and TGF‐β1 release through Piezo1. These events support BMSC osteogenesis.
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