Nat Neurosci丨骨‑脑轴新机制！白晓春/陆地/宋千成揭示刺激骨骼经骨细胞PIEZO1 促进脑损伤修复

临床上常发现，大脑受重创的人，骨头长骨痂、结痂都比常人快得多。那反过来，我们能不能只是按一按、压一压自己的腿骨，让骨骼 "叫醒" 大脑，帮它更快醒过来？

2026年9月21日，南方医科大学白晓春、宋千成，联合昆明医科大学陆地团队在《Nature Neuroscience》上发表研究“Tibial bone compression promotes recovery after brain injury through osteocyte PIEZO1”。

该研究证实，对小鼠、巴马小型猪胫骨实施动态胫骨轴向压缩（DCTAL），依靠骨细胞 PIEZO1 机械感受通道激活骨‑脑轴，分泌 HSP70、IL‑1R2、APOL11a 等骨源性因子，减少神经元丢失、抑制神经炎症、促进神经再生，改善创伤性脑损伤与卒中模型动物生存率、运动及认知功能；而骨折无法启动这套保护程序，为脑损伤无创康复策略提供动物实验依据。

核心亮点速览

• 对胫骨施加动态力学压缩，可改善脑损伤动物的生存率与神经功能
  

• 关键分子：骨细胞PIEZO1机械感受通道
  

• 保护效应通过血液循环介质传递，不依赖神经传入

• 骨折 ≠ 力学加载，两者激活完全不同的骨骼应激应答
  

给骨骼施加力学刺激，能改善脑损伤吗？

研究构建小鼠创伤性脑损伤（TBI）、缺血性卒中以及巴马小型猪TBI大动物模型，采用动态胫骨轴向压缩（DCTAL） 开展干预。

结果显示， DCTAL 显著提高重度 TBI 小鼠存活率；爬杆测试、水迷宫结果显示小鼠运动协调、空间记忆能力得到改善，损伤前预处理、损伤后干预均可起效。在巴马猪模型，DCTAL 延长动物存活时间，缓解脑实质萎缩，改善迷宫学习、环境探索行为。

体液介导验证结果显示，将 DCTAL 处理动物的血清输注给 TBI 动物，可复现神经保护效果，证明循环体液介质介导骨对大脑的保护；短期 DCTAL 干预不会损伤骨骼、关节结构。

因此，胫骨力学加载（DCTAL）提升小鼠和巴马猪脑损伤模型的生存率、运动与认知功能；保护效应由循环体液介质介导。

引申思考：相较于小鼠，猪的脑解剖结构与躯体生理特征和人类相似度更高。若该无创干预手段可在猪模型中显现疗效，预示其具备更高潜力开发为适用于人类的康复设备。同时，该手段在损伤前预处理、损伤后干预两种模式下均展现治疗收益，提示其既可对高危群体发挥潜在预防价值，也能够应用于脑损伤发生后的康复干预。

骨骼是如何感知力学刺激并启动保护的？

团队构建骨细胞特异性Piezo1条件敲除（Sost‑Cre/ERT2）小鼠。

骨细胞敲除 Piezo1 后，DCTAL 带来的运动、认知改善、神经元保护效应完全消失，证明骨细胞 PIEZO1 通道是该保护作用的必要条件。胫骨局部注射 PIEZO1 激动剂 MCB‑22‑174，无需外力加载，就可以缓解 TBI 小鼠功能缺损。切断下肢外周神经不会削弱 DCTAL 保护效果，说明效应不依赖躯体神经传入，而是骨细胞感受力学信号后释放体液因子发挥作用。

体外实验，DCTAL 处理后的骨皮质上清能够保护缺氧‑缺糖损伤的神经元；Piezo1敲除小鼠的骨上清丧失神经保护能力，进一步证实 PIEZO1 依赖的骨内分泌调控机制。

因此，骨细胞PIEZO1是必需分子；激活它即可起效，切断神经不影响效果，证明是骨内分泌而非神经反射。

引申思考：PIEZO1是2010年才被发现的机械敏感离子通道，这项研究把它和骨-脑轴联系了起来。切断神经不影响疗效，排除了“骨骼刺激→神经信号→大脑”这条路径，证明骨骼是通过内分泌方式来保护大脑的。骨骼不只是一个支撑身体的架子，还是一个能感知力学环境、并据此调节远端器官的内分泌器官！

骨骼释放了哪些保护因子？

转录组筛选发现力学刺激诱导骨细胞产生 HSP70、IL‑1R2、APOL11a，同时循环中 BDNF、PF4、多巴胺水平上调。

HSP70 受 PIEZO1‑AKT 信号轴调控；使用抗体中和 HSP70 会部分抵消 DCTAL 疗效，外源给予重组 HSP70 能够保护神经元。IL‑1R2 作为诱饵受体抑制 IL‑1 相关神经炎症；APOL11a 促进骨来源胆固醇转运至损伤脑组织，骨内过表达Apol11a改善脑损伤结局，敲低该基因会削弱力学加载收益。

与 DCTAL 不同，胫骨骨折不能上调上述保护性骨因子，反而提升促炎细胞因子，无法缓解神经元损伤，证明骨折与动态力学压缩属于两种完全不同的骨骼应激应答模式。

因此，骨细胞分泌HSP70、IL-1R2、APOL11a等多因子协同修复脑损伤；骨折不激活该通路，反而提升促炎因子。

引申思考：骨折 ≠ 力学加载。DCTAL通过上调保护性骨因子实现神经保护；骨折通过上调促炎因子，因此无法缓解神经元损伤。

一张图看懂：刺激骨骼如何修复大脑？

该研究阐释骨‑脑内分泌调控轴：胫骨动态力学刺激被骨细胞 PIEZO1 机械感受通道识别，促使骨细胞释放 HSP70、IL‑1R2、APOL11a 等骨源性因子，并间接升高循环 BDNF、PF4、多巴胺；这些分子经血液循环作用于受损脑组织，抑制神经元凋亡、减轻星形胶质细胞过度活化、减少炎症细胞浸润、促进内源性神经发生。

在小鼠与巴马小型猪 TBI、卒中模型中提升动物生存率，恢复运动与认知功能；胫骨骨折不能启动该套保护程序。证实骨骼是可受力学调控的内分泌器官，为脑损伤无创康复器械开发提供扎实的动物实验证据。

小编寄语

“伤筋动骨一百天”。我们通常认为骨骼受伤后需要静养，这项研究告诉我们，骨骼不只是被动的支架，它还是一个能感知力学环境、并据此调节远端器官的内分泌器官。

该研究为脑外伤、脑梗康复提供了崭新视角，未来除药物、传统康复训练之外，或许可以通过调控骨骼力学负荷，辅助脑损伤人群改善运动、认知，期待后续更多研究推动成果向临床落地。

https://doi.org/10.1038/s41593-026-02422-w