Endothelial Cell‐Derived Lactate Triggers Bone Mesenchymal Stem Cell Histone Lactylation to Attenuate Osteoporosis

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作者
Jinhui Wu,Miao Hu,Heng Jiang,Jun Ma,Chong Xie,Zheng Zhang,Xin Zhou,Jianquan Zhao,Zhengbo Tao,Yichen Meng,Zhuyun Cai,Tengfei Song,Chenglin Zhang,Rui Gao,Chang Cai,Hongyuan Song,Yang Gao,Tao Lin,Ce Wang,Xuhui Zhou
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:10 (31) 被引量:36
标识
DOI:10.1002/advs.202301300
摘要

Abstract Blood vessels play a role in osteogenesis and osteoporosis; however, the role of vascular metabolism in these processes remains unclear. The present study finds that ovariectomized mice exhibit reduced blood vessel density in the bone and reduced expression of the endothelial glycolytic regulator pyruvate kinase M2 (PKM2). Endothelial cell (EC)‐specific deletion of Pkm2 impairs osteogenesis and worsens osteoporosis in mice. This is attributed to the impaired ability of bone mesenchymal stem cells (BMSCs) to differentiate into osteoblasts. Mechanistically, EC‐specific deletion of Pkm2 reduces serum lactate levels secreted by ECs, which affect histone lactylation in BMSCs. Using joint CUT&Tag and RNA sequencing analyses, collagen type I alpha 2 chain (COL1A2), cartilage oligomeric matrix protein (COMP), ectonucleotide pyrophosphatase/phosphodiesterase 1 (ENPP1), and transcription factor 7 like 2 (TCF7L2) as osteogenic genes regulated by histone H3K18la lactylation are identified. PKM2 overexpression in ECs, lactate addition, and exercise restore the phenotype of endothelial PKM2‐deficient mice. Furthermore, serum metabolomics indicate that patients with osteoporosis have relatively low lactate levels. Additionally, histone lactylation and related osteogenic genes of BMSCs are downregulated in patients with osteoporosis. In conclusion, glycolysis in ECs fuels BMSC differentiation into osteoblasts through histone lactylation, and exercise partially ameliorates osteoporosis by increasing serum lactate levels.
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