MEK5-ERK5信号通路在流体剪切力调控成骨细胞凋亡和破骨细胞骨吸收以及在骨质疏松症中的机制研究

Stress environment plays an important role in bone maturation process, we have confirmed that the appropriate fluid shear stress (FSS) may stimulate the construct of bone and MEK5-ERK5 signaling pathway plays a crucial role in above process. However, the role of MEK5-ERK5 signaling pathway in osteoblastic apoptosis and osteoclastic absorption is still unknown. Our present study intends to explore the mechanism that FSS regulates osteoblastic apoptosis and osteoclastic absorption by ERK5. ERK5 is inhibited or activated through ERK5 specific inhibitors XMD8-92, siRNA, and MEK5 dominant inactivation or dominant activated carrier, which reveals the mechanism ERK5 regulates osteoblasts apoptosis and osteoclastic absorption from two aspects of positive and negative; For observing the process that ERK5 involved in the formation of osteoporosis in mice, we will research macroscopic and microscopic changes in mice after intraperitoneal injection of ERK5 specific inhibitors XMD8-92. Through the above research will clear the role of FSS and MEK5-ERK5 signaling pathways in the process of osteoblasts apoptosis and osteoclastic absorption, and propose new treatment concepts and ways for the future prevention and treatment of osteoporosis.

应力环境在骨重建过程中发挥重要作用，我们已证实适当的流体剪切力（FSS）可以促进成骨，MEK5-ERK5信号通路在该过程中发挥调控作用。然而MEK5-ERK5信号通路在应力环境中成骨细胞凋亡和破骨细胞骨吸收中的作用如何，目前尚未得知。本项目拟研究FSS通过ERK5调控成骨细胞凋亡和破骨细胞骨吸收的机制。使用ERK5特异性抑制剂XMD8-92、siRNA、MEK5显性失活载体、MEK5显性激活载体和FSS来抑制或者激活ERK5，从正反两方面揭示FSS通过ERK5调节成骨细胞凋亡和破骨细胞骨吸收的机制；通过给小鼠腹腔注射ERK5抑制剂来观察小鼠骨组织宏观和微观改变，明确ERK5参与小鼠骨质疏松的形成过程。通过上述研究将明确FSS以及MEK5-ERK5信号通路在成骨细胞凋亡和破骨细胞骨吸收过程中的作用，为将来预防和治疗骨质疏松提出新的治疗理念和方法。

骨质疏松症是一种全身性骨量、骨强度和微结构损伤的退化性疾病，随着老龄化社会和人类寿命延长，骨质疏松症已经成为人类的重要健康问题,而且骨质疏松症及其并发症的预防和治疗需要巨大的投入， 将造成家庭和社会的巨大经济负担，因此对于骨质疏松相关研究显得尤为关键 和迫切。MAPK 信号广泛存在于人体组织内，在骨细胞也有大量表达，尤其是其中的 ERK5。然而，对于 ERK5 信号在骨形成和骨塑性过程中的作用不十分清楚。成骨细胞的凋亡以及破骨细胞的骨吸收在骨形成和骨塑性过程中发挥关键作用，在本课题中我们首先体外明确流体剪切力通过 ERK5 信号通路抑制成骨细胞凋亡的具体分子机制;另外，在破骨细胞研究中，流体剪切力激活 ERK5 后，对破骨细胞骨吸收功能影响的具体机制;最后，体内实验中，进一步研究 ERK5 阻断剂 XMD8-92 腹腔注射，对小鼠全身骨代谢的影响。本项目通过对 FSS、ERK5、成骨细胞凋亡以及破骨细胞吸收之间关系的研究，明确 ERK5 在骨形成和骨吸收中的作用以及与骨质疏松形成的联系，为临床治疗骨质疏松等疾病提供新的潜在治疗靶点，丰富细胞力学相关理论，完善骨质疏松研究领域中的分子形成机制，为将来治疗相关骨科疾病提供新的理论基础。通过实验研究我们发现，ERK5 信号通路可以调控流体剪切力对成骨细胞 MMPs、TIMPs 蛋白的表达，并且可以通过ER-α-ERK5 信号通路上调 Cyclin D1 和 CDK4 的表达水平，最终导致成骨 MC3T3-E1细胞增殖，其中NFATc1可以介导FSS对ERK5活化，研究还发现，流体剪切力可以通过ERK5信号通路抑制破骨细胞的分化，在小鼠体内的实验发现，ERK5 影响骨折端骨痂形成的速度和质量，在促进骨质疏松性骨折愈合过程中起着十分重要的生理作用。