Fgf9 regulates bone marrow mesenchymal stem cell fate and bone-fat balance in osteoporosis by PI3K/AKT/Hippo and MEK/ERK signaling

间充质干细胞 蛋白激酶B PI3K/AKT/mTOR通路 骨髓 骨质疏松症 MAPK/ERK通路 癌症研究 医学 化学 细胞生物学 内科学 信号转导 生物
作者
Mingmei Chen,Hui Liang,Min Wu,Haoyang Ge,Yan Ma,Yan Shen,Shunyuan Lu,Chunling Shen,Hongxin Zhang,Zhugang Wang,Lingyun Tang
出处
期刊:International Journal of Biological Sciences [Ivyspring International Publisher]
卷期号:20 (9): 3461-3479 被引量:23
标识
DOI:10.7150/ijbs.94863
摘要

Bone-fat balance is crucial to maintain bone homeostasis. As common progenitor cells of osteoblasts and adipocytes, bone marrow mesenchymal stem cells (BMSCs) are delicately balanced for their differentiation commitment. However, the exact mechanisms governing BMSC cell fate are unclear. In this study, we discovered that fibroblast growth factor 9 (Fgf9), a cytokine expressed in the bone marrow niche, controlled bone-fat balance by influencing the cell fate of BMSCs. Histomorphology and cytodifferentiation analysis showed that Fgf9 loss-of-function mutation (S99N) notably inhibited bone marrow adipose tissue (BMAT) formation and alleviated ovariectomy-induced bone loss and BMAT accumulation in adult mice. Furthermore, in vitro and in vivo investigations demonstrated that Fgf9 altered the differentiation potential of BMSCs, shifting from osteogenesis to adipogenesis at the early stages of cell commitment. Transcriptomic and gene expression analyses demonstrated that FGF9 upregulated the expression of adipogenic genes while downregulating osteogenic gene expression at both mRNA and protein levels. Mechanistic studies revealed that FGF9, through FGFR1, promoted adipogenic gene expression via PI3K/AKT/Hippo pathways and inhibited osteogenic gene expression via MAPK/ERK pathway. This study underscores the crucial role of Fgf9 as a cytokine regulating the bone-fat balance in adult bone, suggesting that FGF9 is a potentially therapeutic target in the treatment of osteoporosis.
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