Wnt及Notch信号通路在锶抑制骨吸收中的机制研究

Strontium (Sr) salt is a new drug with the bone-forming and anti-resorptive effects on bone. The underlying mechanisms for the dual effect of Sr on bone metabolism, especially for the anti-resorptive effects remain unknown. In previous studies, we have shown that osteoprotegerin (OPG) is involved in the dual effect of Sr on bone. OPG acts as the cross-talk mediator between osteoblasts and osteoclasts after Sr treatment. Sr can increase bone formation by increasing OPG expression in osteoblasts, which inhibits osteclastogenesis by binding to RANK and preventing RANK-RANKL axis. As the most important signaling pathways in bone formation, both Wnt and Notch has the potential to regulate osteoclastogenesis by means of up-regulation of OPG in osteoblasts, which is also an important mechanism for bone homeostasis. In our previous studies, we have shown that Sr can activate LRP-6, a receptor for Wnt signaling. In addition, Sr can up-regulate the gene expression of Hes1 and Hey1, two genes specifically involved in Notch signaling. Therefore, we hypothesize that both Wnt and Notch signaling pathways are involved in Sr-mediated inhibition of osteoclastogenesis and bone resorption. The data from this proposal will shed light on a novel mechanism for the anti-resorptive effect of Sr on bone.

锶盐是一类具有促进骨形成同时抑制骨吸收的抗骨质疏松的新药，其作用的机理尚不明确，尤其是其抑制骨吸收的作用。在前期的工作中，我们发现骨保护素(OPG)在锶促进成骨和抑制骨吸收中发挥了重要作用。作为成骨过程中最重要的两条信号通路，Wnt和Notch均能通过增加成骨细胞OPG的表达而实现对破骨细胞骨吸收的抑制，这是维持成人骨稳态的重要机制。前期的实验中，我们发现锶能增加成骨细胞Wnt受体（LRP6）磷酸化和Notch信号相关基因（Hes1/Hey1）的表达，提示Wnt和Notch都参与了锶促进成骨的作用。基于OPG在成骨信号通路（Wnt和Notch）抑制骨吸收中的重要作用，我们设想，这两条信号通路在锶抑制骨吸收中也发挥了重要作用。本研究中，我们将采用体外和体内实验，深入探讨Wnt和Notch信号通路在锶抑制破骨细胞骨吸收中机制。通过此项研究，为锶治疗骨质疏松提供全新的细胞和分子机理。

骨质疏松症及骨折严重影响我国中老年人健康，给个人和社会带来巨大的经济负担。研发抗骨松药物及探明药物作用机制，有利于骨质疏松预防和治疗。锶盐是一类具有促进骨形成同时抑制骨吸收的抗骨质疏松的新药,其作用的机理尚不明确。.研究内容和结果：.本课题从体外和体内对其双重调控骨代谢的作用及机制进行了深入探讨。取得了以下实验结果和关键数据。.1） 锶通过抑制破骨细胞分化关键基因直接抑制骨吸收：锶可以直接抑制RANKL诱导的破骨细胞分化关键基因（CALCR, MMP9, c-Fos, TRAP, cathepsin K）的表达。.2）锶通过增加成骨细胞OPG及Notch信号分子表达间接抑制破骨细胞分化：锶刺激成骨细胞后，可促进Wnt信号通路OPG及Notch信号通路的重要分子RBPJ的表达。用锶刺激成骨细胞的条件培养液培养RAW264.7细胞后其标志分子TRAP和CTSK的表达显著下降，提示锶能通过激活OPG和RBPJ从而间接抑制破骨细胞的分化。.3）锶可以激活Wnt/LRP6/β-catenin信号通路：锶刺激成骨细胞后，显著增加LRP6磷酸化表达并稳定细胞内β-catenin水平，并促进β-catenin核转移。.4） 锶通过降低某些抑制成骨细胞的microRNA表达促进成骨： 锶降低miR-9-5p、miR-675-5p和miR-138-5p表达水平，而这些microRNA分子均具有抑制成骨细胞分化和功能的作用，因此, 锶通过降低某些成骨细胞负调节因子的表达而促进成骨。.5）不同时间点给药，锶对骨质疏松的治疗效果不同：我们采用卵巢切除不同时间点锶盐用药后，发现早期锶可有效预防雌激素缺乏后导致的骨丢失和骨微结构退变，而中晚期给药，对骨质疏松治疗效果不显著。我们进一步分析了不同组干细胞（BMSCs）的数量及分化能力。结果提示卵巢切除2月后大鼠干细胞数量减少、成骨分化能力减退，并且对锶刺激反应减弱。这些结果可部分解释临床上部分老年患者对锶盐药物用药后效果不理想的现象。.科研产出和科学意义：.本项目的上述研究成果已发表SCI论文6篇（单篇最高影响因子9.16），并在国际和国内学术会议上多次进行交流。协助培养研究生1名。课题从体外实验深入阐明了锶促进成骨和抑制骨吸收的具体作用机制，为锶用药提供科学依据。