长时间太空飞行会引发脊柱损伤，包括骨丢失和椎间盘退变（IVDD）。作为整个脊柱的连接枢纽，椎间盘（IVD）在维持脊柱稳定性中发挥着关键作用。然而，太空微重力介导IVDD的分子机制尚不明确，并且负责力学负荷承载及维持脊柱力学稳态的核心脊柱组分尚未被识别。
2026年7月9日，中国科学院上海生化细胞所邹卫国，空军军医大学罗卓荆和Bo Gao共同通讯在Cell Death & Differentiation 在线发表题为Targeting AMPK signaling in nucleus pulposus cells ameliorates spaceflight microgravity-induced intervertebral disc degeneration”=的研究论文。
该研究首次发现太空微重力通过PIEZO1诱导髓核（NP）退变。对IVDD患者样本的分析表明，髓核细胞中PIEZO1表达下调。髓核细胞中特异性敲除Piezo1不仅破坏了髓核的细胞外基质（ECM）代谢，还损害了纤维环和软骨终板的稳态。
从机制上讲，Piezo1缺失通过激活AMP活化蛋白激酶（AMPK）信号通路，驱动髓核细胞凋亡并改变其分泌谱，从而通过旁分泌调控介导功能性脊柱单元（FSU）功能障碍。将AMPK抑制剂靶向递送至髓核组织可显著减轻由力学不稳定引起的IVDD进展。
综上所述，作者的研究首次揭示了髓核在力学响应中的核心作用及其在FSU内的旁分泌功能，为IVDD治疗和宇航员脊柱保护提供了潜在的治疗策略。
在地球资源日趋紧张、环境持续变化以及人类文明长期存续需求的背景下，太空飞行与太空殖民的需求日益迫切。然而，人类因难以适应太空微重力环境而频繁出现脊柱损伤，包括骨量减少和椎间盘退行性病变（IVDD）。长期暴露于微重力环境会显著增加IVDD的风险。
执行长期太空飞行任务的宇航员椎间盘突出的发生率明显升高，其IVDD风险较非太空飞行对照组高出4.3倍。与此一致，动物研究表明，长期微重力可诱导小鼠尾部椎间盘退变。体外模拟微重力可降低蛋白聚糖含量、上调基质金属蛋白酶（MMPs）表达、抑制细胞增殖并促进细胞凋亡，从而加速IVDD进程。
在体内实验中，大鼠尾部悬吊模型可激活p53/p16通路、促进促炎细胞因子表达、上调MMP1和MMP3、下调金属蛋白酶组织抑制剂1（TIMP-1），并加剧细胞外基质（ECM）降解。IVDD是腰背痛和残疾的主要原因，给社会和经济带来了沉重负担。
然而，其涉及的分子机制尚未阐明。作为脊柱重要的连接结构，椎间盘对维持脊柱稳定性至关重要。它与相邻的两个椎体、相关韧带、关节突关节及其他结构共同构成脊柱的基本生物力学单元——功能脊柱单位（FSU）。作为FSU的应力中心，椎间盘在缓冲和减震方面发挥着至关重要的作用。
目前，IVDD的治疗策略主要集中于缓解疼痛，而非改善病理进程，这主要归因于对该疾病机制的认识尚不完全。因此，探索IVDD的发病机制并开发新的治疗策略以有效管理该疾病势在必行。
椎间盘由三个不同的结构组成：髓核（NP）、纤维环（AF）和软骨终板（CEP）。髓核作为主要的承压核心，其特点是含有高浓度的带负电荷的蛋白聚糖（PGs）和II型胶原纤维。这些成分在维持髓核内的水含量和膨胀压方面起着关键作用，这对于保持整个椎间盘的结构完整性至关重要。
异常的机械负荷，尤其是作用于髓核的机械负荷，是IVDD的主要驱动因素。然而，大多数研究仅证明过度的机械应力在体外促进髓核细胞的病理变化，而体内证据仍不足以直接验证单纯的髓核机械失稳是否引发IVDD，也未能阐明机械负荷不足对IVDD进展的贡献。
既往研究表明，髓核是一种异质性组织，且IVDD常伴随髓核细胞异质性的改变。然而，机械应力对髓核异质性的影响尚不清楚，机械信号如何转导为生物化学活动的机制也仍知之甚少。
机械敏感蛋白PIEZO1是一种非选择性Ca²⁺通透性阳离子通道，在多个器官系统中作为机械转导的关键介质日益受到重视。已有研究报道，PIEZO1能够感知多种机械刺激，包括静态压力、剪切应力和膜拉伸。新出现的证据表明，PIEZO1可调节髓核细胞的细胞凋亡、炎症和铁死亡。
然而，PIEZO1在髓核细胞中响应机械刺激并维持FSU稳态的分子机制仍有待完全阐明。在本研究中，作者发现太空飞行微重力通过抑制PIEZO1功能诱导髓核退变，并且Piezo1缺失会导致自发性IVDD。Piezo1缺失促进了髓核细胞的细胞凋亡，增加了ECM的分解代谢，并降低了ECM的合成代谢。
从机制上讲，发现Piezo1缺失通过激活AMPK信号通路促进IVDD，而使用AMPK抑制剂治疗则可缓解IVDD的进展。总之，本研究加深了作者对相关分子机制的理解，并为IVDD提供了一种潜在的治疗策略。
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