MSCs外泌体调控ERS介导的骨微血管内皮细胞凋亡干预激素性骨坏死的分子机制研究

Osteonecrosis of femoral head is a common orthopaedic difficult disease. More studies have shown the association between bone microvascular endothelial cells (BMECs) injury and osteonecrosis, and BMECs damage can lead to abnormal blood coagulation mechanism and micro thrombosis, lead to osteonecrosis. Endoplasmic reticulum stress (endoplasmic reticulum stress, ERS) in vascular endothelial cell injury plays an important role.Our study shows that glucocorticoids cause phenomenon of BMECs ERS and apoptosis but the apoptosis pathway in detail is not clear. MSCs exosomes have been used to treat many diseases, and it can play a paracrine function which regulates a variety of cell function disorder. Our research has shown that MSCs exosomes can protect the damage of BMECs induced by glucocorticoid, but we didn't explore the specific mechanism. Based the model of BMECs damage model induced by glucocorticoid we will observe the apoptosis of BMEC situation, and reveal the specific mechanism of BMECs ERS mediated apoptosis and MSCs exosomes the intervention of the protection, and provides the experimental basis for the clinical use of MSCs exosomes body for treatment of osteonecrosis.

股骨头坏死是骨科疑难病，骨微循环障碍是骨坏死的最终机制，研究显示糖皮质激素可通过诱发骨微血管内皮细胞（BMECs）损伤引起微循环障碍导致骨坏死，但发病机制仍然不清。内质网应激（ERS）在血管内皮细胞损伤中扮演着重要的作用，我们的研究显示糖皮质激素会引起BMECs一定的ERS和凋亡现象，但详细凋亡通路还不明确。MSCs外泌体用来治疗多种疾病，其可发挥旁分泌功能可调节多种细胞功能紊乱，我们研究显示MSCs外泌体可保护质激素造成的BMECs损害，但没有探索其具体机制和作用。本课题以成熟的糖皮质激素BMECs损害模型为研究对象，运用分子生物学，观察激素所诱导的BMEC的凋亡情况，揭示ERS介导BMECs凋亡的具体机制和MSCs外泌体的干预保护作用，为精确的干预保护和临床上开展MSCs外泌体干预治疗激素性股骨头坏死提供了实验依据。

研究背景：.糖皮质激素对BMECs的损害可能是通过ERS诱发的损害所造成，但具体机制不清；MSCs培外泌体对糖皮质激素诱导的BMEC损害具有保护作用，但具体机制有待深入研究。本项目从mRNA和蛋白质水平观察、检测ERS所介导的凋亡通路，并评估MSCs 外泌体的干预调控情况,观察MSCs外泌体对股骨头坏死的干预价值。.研究内容：观察BMEC细胞损害情况，检测ERS的特异分子表达(Bax、Bcl-2、p-PERK、PERK、 eIF2α、caspase-3, LC3和S6)，观察MSCs外泌体对激素所诱导BMEC损害的调控作用。.研究结果：激素可以导致BMECs的增殖能力显著下降且激素对细胞器造成不可逆性损伤，最终导致细胞的自噬及凋亡。Western Bolt检测发现激素会明显造成BMEC细胞内质网应激（ERS）相关蛋白（CHOP、IRE1α、p-IRE1α、p-PERK、PERK、eIF2α）的分泌增加，细胞自噬及凋亡的标志性分子（bax、bcl-2、caspase3、LC-3、Beclin和S6）发生明显变化；利用RT-PCR技术检测细胞自噬及凋亡蛋白（bax、bcl-2、caspase—3、LC3）的mRNA表达水平，发现在激素诱导下它们除抗凋亡指标bcl-2下降以外，均显著升高。免疫荧光核染色的定量方法的测定，与前述结果一致；加入MSC-Exo后，BMEC细胞增殖活性升高，内质网及线粒体内结构基本完整，并且BMEC细胞内之前所述的ERS相关蛋白分子表达水平明显下降，细胞自噬及凋亡的标志性分子的表达均有明显改善。.研究结论和意义：糖皮质激素会通过内质网应激造成BMEC细胞损伤，而通过MSCs外泌体的有效干预可有效的恢复BMEC的功能，从而改善股骨头内部的微循环状态，为股骨头坏死的预防与治疗提供了一个新的思路和方向。