miR-577通过调控FGF-21在糖尿病相关骨质疏松中的作用机制研究

Diabetes-related osteoporosis (DO) is one of the major complications of diabetes in the skeletal system. It is reported that some antidiabetic drug may lead to bone loss in subjects with diabetes. Fibroblast growth factor-21 (FGF-21), a powerful modulator of glucose and lipid metabolism and a promising drug for diabetes, can result in bone loss in mice. Our previous study showed that serum FGF-21 levels were higher in DO than in diabetes without osteoporosis and healthy, and correlated negatively with bone mass. Furthermore, miR-577 can combine with FGF-21 3 'UTR region in 293T cells. On this basis, we propose the hypothesis: miR-577 can promote bone formation by inhibiting the expression of FGF-21, and may be a biomarker of DO. We investigate the mechanism of FGF-21 inhibiting human mesenchymal stem cells osteoblast differentiation and human osteoblast differentiation and mineralization under high glucose conditions, clarify the mechanism of miR-577 promoting osteogenesis by regulating FGF-21. and analyze serum levels of miR-577 and FGF-21 in DO, diabetes without osteoporosis, and healthy, which will provide solid scientific basis for mechanism and biomarkers of diabetes-related osteoporosis.

糖尿病相关骨质疏松(DO)是糖尿病在骨骼系统的重要并发症，某些口服降糖药可导致糖尿病患者骨量丢失。与糖脂代谢密切相关的成纤维细胞生长因子-21（FGF-21）具有治疗糖尿病的潜能，但动物实验提示其可引起骨量丢失。课题组前期发现DO患者血清FGF-21显著高于糖尿病非骨质疏松患者和健康者，且与骨密度负相关；在293T细胞（人肾上皮细胞）中miR-577能与FGF-21 3’UTR区特异性结合，推论miR-577可通过抑制靶基因FGF-21促进骨形成；并且可能作为判定DO的生物学标志物。本课题通过研究高糖环境下FGF-21对间充质干细胞成骨分化及成骨细胞分化矿化功能的影响，探讨高糖环境下miR-577通过调控FGF-21促进成骨的机理，分析DO患者血清miR-577和FGF-21的表达，进一步阐明DO的发病机理、为发掘DO的生物学标志物提供坚实的理论依据和科学线索。

糖尿病骨质疏松症是糖尿病最常见的代谢性骨病，流行病学调查显示糖尿病患者骨质疏松的发病率和骨折风险较整体人群明显增加。成纤维细胞生长因子-21(FGF-21)是糖脂代谢的重要调控因子，具有治疗糖尿病的潜能。我们的前期研究发现FGF-21能抑制高糖环境下人间充质干细胞（hBMSCs）的成骨分化，在此基础上本课题以hBMSCs 和人成骨细胞为研究对象，在高糖环境下抑制FGF-21表达，结果显示成骨基因mRNA和蛋白均表达上调，从正反两方面明确了在高糖环境下FGF-21可抑制成骨。我们进一步研究了FGF-21抑制成骨的机制，利用生物新信息学方法及双荧光素酶报告基因试验筛选出与FGF-21靶向结合并抑制作用最强的miR-577，通过抑制和过表达miR-577，观察FGF-21及成骨基因的表达，结果显示：高糖环境下，过表达miR-577能使FGF-21 mRNA和蛋白表达下降，成骨标志基因ALP、OCN、RUNX2 mRNA 和蛋白表达均上调；抑制miR-577 表达可使FGF-21 mRNA和蛋白表达上升，成骨基因表达下调。本课题收集了糖尿病和健康对照人群的血清，检测其骨密度值，分析了FGF-21和miR-577对糖尿病骨质疏松有的诊断价值，结果显示：FGF-21水平在糖尿病骨质疏松组明显高于其他三组，miR-577水平在糖尿病骨质疏松组明显低于其他三组(all P<0.05)。校正年龄、性别、体重指数后，miR-577与股骨颈骨密度（BMD）、Ward三角BMD呈正相关，与CTX、骨钙素N端片段（OST）无相关性，与FGF-21无相关性（P=0.066）。校正年龄、性别、体重指数后，FGF-21与股骨颈BMD、Ward三角BMD呈负相关，与骨代谢标志物CTX，OST无相关性。以单纯糖尿病为对照组， miR-577诊断糖尿病骨质疏松的曲线下面积为：0.892（95%CI：0.789-0.994, P=0.000），FGF-21断糖尿病骨质疏松的曲线下面积为0.677（95%CI：0.576-0.779，P=0.001）。本项目的研究成果对今后研究治疗糖尿病的同时避免骨质疏松的发生提供理论依据，同时为发掘新的糖尿病骨质疏松生物标志物提供参考。