PIEZO1‐GPX4 Axis Mediates Mechanical Stress‐Induced Vertebral Growth Plate Dysplasia via Ferroptosis Activation

压电1 机械敏感通道 下调和上调 软骨细胞 机械转化 斑马鱼 细胞生物学 医学 神经科学 癌症研究 生物 软骨 解剖 内科学 遗传学 离子通道 基因 受体
作者
Fei Chen,Fushuai Peng,Shuqing Chen,Yukun Du,Jianyi Li,Yuanyuan Fan,Zichen Cui,Guanghui Gu,Han Zhang,Zhensong Jiang,Guodong Wang,Xingzhi Jing,Jun Dong,Tao Li,Yongming Xi
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:12 (39): e02052-e02052 被引量:1
标识
DOI:10.1002/advs.202502052
摘要

Current scientific consensus acknowledges mechanical stress, particularly compressive loading, as a critical contributor to the pathogenesis of vertebral growth plate disorders (VGPD), though the precise molecular mechanisms remain incompletely understood. This study establishes PIEZO1 as a mechanosensitive ion channel central to compressive stress responses. These findings demonstrate that PIEZO1 upregulation disrupts GPX4 signaling, thereby amplifying ferroptosis in vertebral growth plate chondrocytes and accelerating pathological ossification. Pharmacological inhibition of PIEZO1 effectively attenuated iron overload, mitigated oxidative stress, and suppressed mechanical stress-induced ferroptosis cascades. Notably, both conditional PIEZO1 knockout models (Col2a1-CreERT; Piezo1flox/flox) and pharmacological blockade significantly decelerate scoliosis progression. However, osteoporosis emerges as an unintended consequence of systemic PIEZO1 inhibition, likely attributable to its essential role in osteogenic differentiation. To overcome this limitation, a targeted therapeutic strategy employing micro endoscopy-guided hydrogel-mediated delivery of PIEZO1 inhibitors is developed, achieving spatially restricted modulation within vertebral growth plate cartilage. These results position PIEZO1 as a pivotal regulator of VGPD progression through its coordination of the PIEZO1-GPX4-ferroptosis axis. This work not only elucidates a novel mechanobiological pathway underlying growth plate degeneration but also introduces a precision drug delivery platform with translational potential for VGPD management. The micro-endoscopy-assisted hydrogel system represents a paradigm shift in localized treatment of skeletal disorders while circumventing systemic complications.
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