年轻血液外泌体降低氧化应激延缓骨髓间充质干细胞衰老的机理

Oxidative stress (OS) could induce bone marrow mesenchymal stem cells (BMSC) senescence, which resulted in osteoporosis, but there is no effective way to against the oxidative stress- induced senescence BMSC. The research had shown that young blood can slow the aging and enhance stem cell regeneration. Our team firstly found that exosome-derived from young blood had a reversing effect on the aging process of BMSC, but the mechanism remained unknown. Therefore, this study intended to use aged BMSC in vitro, methods of detection oxidative stress level and biological characteristics were evaluated the effect of exosome on oxidative aging of BMSC. Further methods of gene chip, bioinformatics analysis to select bioactive substance which has an obvious impact on suppression of BMSC aging. In addition, the accelerated senescence mice were injected with exosome, and the effect of bone formation was determined, BMSC of mouse was also gained for examination in vitro. In summary, the proposed research provided new insights into understanding the molecular mechanisms involved in exosome leading to delay aging, try to find the key molecular of regulation of aging, and provided a new insight and strategy for the treatment of osteoporosis.

氧化应激(OS)导致的骨髓间充质干细胞(BMSC)衰老是骨质疏松发生的关键因素，但目前并没有有效的抗OS延缓BMSC衰老的手段。目前研究证实年轻血液可延缓衰老，增强干细胞再生能力。而本团队率先发现年轻血液中的外泌体有效延缓BMSC衰老的现象，但其机制尚不清楚。因此，本项目首先基于细胞衰老模型，通过细胞功能学、氧化应激水平检测等方法探讨年轻血液中外泌体对OS的作用，并进一步通过基因芯片、生物信息学分析等方法筛选出外泌体中能抑制OS的关键效应分子，最后采用早衰小鼠模型验证外泌体对骨质疏松的治疗效果。综上，本项目通过从分子水平阐明年轻血液中外泌体延缓BMSC衰老的可能的作用机制，并寻找出外泌体中抑制OS延缓衰老的重要效应分子，从而为骨质疏松等骨衰老性疾病的治疗提供新思路及新策略。

骨髓间充质干细胞(BMSCs)数量和活性降低是衰老性骨质疏松发生的主要原因，但目前并没有有效的手段来延缓BMSCs的衰老。本团队研究证实年轻血液外泌体中能有效延缓BMSCs衰老，但其机制尚不清楚。因此本课题首先基于衰老细胞模型，利用细胞功能检测、基因检测等方法证实来源于年轻个体血液的外泌体能够缓解BMSCs衰老，促进BMSCs增殖。进一步通过生物信息学分析、信号通路检测等方法发现多个miRNA和FOXO1/3a在骨质疏松来源BMSCs中表达均异常降低。通过细胞学实验发现miR-199a可参与细胞干性功能的调控。同时也通过Western blot分析FOXO1/3a信号通路也可调控细胞的增殖能力。最后利用骨早衰小鼠注射来源于年轻个体血液的外泌体，通过micro-CT等检测发现来源于年轻个体血液的外泌体能增加骨早衰小鼠的骨量恢复其骨形成能力。同时在体外细胞学实验中通过基因检测等方法发现年轻个体血液中的外泌体能恢复衰老BMSCs中miR-199a的表达恢复细胞成骨分化能力，以及激活FOXO信号通路有效恢复抗氧化能力从而恢复BMSCs的增殖能力。通过上述研究，我们确定年轻个体血液中的外泌体能够有效恢复衰老BMSCs中miR-199a和FOXO1的表达，通过调控衰老及氧化应激相关靶基因的表达进而延缓衰老促进细胞增殖。因此，本课题试图从分子水平阐明外泌体延缓其衰老的可能作用机制，寻找新的骨衰老治疗靶点提供了重要的实验支持。