Periostin在激素性股骨头坏死塌陷中作用的研究

Although several mechanisms of glucocorticoid induced osteonecrosis of femoral head (ONFH) have been investigated, it lacks a united pathogenesis and treatment in early stage meets obstacle. To investigate conceivable pathogenesis, we have tested mRNA array of glucocorticoid induced ONFH. We found out that periostin was highly expressed in femoral head of ONFH patients. Reference study reviewed that periostin had an important role in bone absorption and collapse of femoral head. Periostin is important in bone formation and absorption. In the process of glucocorticoid induced ONFH, expression of periostin is abnormally elevated, which activate osteoclasts. The balance between bone formation and absorption is broken, causing collapse of femoral head finally. Therefore, we try to reduce the excretion of periostin in ONFH, to rectify balance between bone formation and absorption. The collapse of femoral head may be avoiding and patients of ONFH may not need total hip replacement any more. To reduce the expression of periostin, we choose CRISPR, a frontier gene knock-out technology, to correct bone formation and absorption balance.

目前激素性股骨头坏死涉及的机制很多，没有明确的理论，导致早期治疗的研究遇到瓶颈。为了进一步研究激素性股骨头坏死可能的机制，我们选取激素性股骨头坏死患者的股骨头组织，通过高通量mRNA Array的方式检测mRNA的表达水平。我们发现，激素性股骨头坏死periostin表达异常增多。文献资料提示，periostin基因在股骨头坏死骨吸收及塌陷的过程起到关键作用。Periostin在成骨-破骨平衡中起到重要作用。Periostin异常高表达，激活破骨细胞，导致成骨-破骨失平衡，进而导致股骨头塌陷。我们拟通过干预手段抑制periostin的分泌，抑制骨溶解作用，有望阻止股骨头塌陷的进程，延迟激素性股骨头患者行全髋关节置换术的时间。我们拟采用CRISPR的新型精确基因敲出技术抑制periostin表达的干预，以恢复成骨-破骨的平衡。

激素性股骨头坏死（SONFH）是长期和/或过量使用糖皮质激素引起的常见而严重的并发症。骨髓间充质干细胞（BMSCs）的活性降低和异常分化被认为是该疾病发生和发展的主要原因之一。骨膜蛋白（POSTN）是细胞基质蛋白，在调节成骨细胞功能和骨形成中起重要作用。硬化蛋白（SOST）是Wnt信号通路的拮抗剂，主要在骨细胞中表达，起抑制骨形成的作用。但是，POSTN和SOST在激素性股骨头坏死中的作用尚无文献报道。因此，我们检测了SONFH组患者BMSCs中POSTN和SOST的表达水平，而对照组为创伤性股骨头坏死（TONFH）和髋关节发育不良（DDH）患者。此外，我们通过慢病毒转染来敲低SONFH患者BMSCs中POSTN的表达，研究其对BMSCs的SOST表达和成骨分化的影响。结果表明，与对照组相比，SONFH组BMSCs中POSTN和SOST的表达水平显著升高。对照组BMSCs成骨分化的第0、3和7天，POSTN的表达逐渐上调而SOST逐渐下调。相反，在SONFH组BMSCs的成骨分化过程中，POSTN的表达逐渐下调而SOST逐渐上调。这可能是由于糖皮质激素的过量使用导致BMSCs中SOST表达的增加，而在SONFH患者BMSCs的成骨分化过程中，SOST表达的持续增加可能拮抗了POSTN，使POSTN的表达在成骨分化过程中逐渐下降。敲低SONFH患者BMSCs的POSTN表达可显着下调成骨相关基因Runx2、OSX、OPN、COL1A1的表达，并抑制碱性磷酸酶的活性和钙结节形成，导致SONFH患者BMSCs成骨分化能力的减弱。此外，敲低POSTN可上调SONFH患者BMSCs中SOST的表达，增加GSK-3β活性，并下调β-catenin的表达。这些研究结果表明，敲低POSTN可以通过上调SOST、GSK3β并部分失活Wnt /β-catenin信号通路来抑制成骨分化，POSTN在调节SONFH患者BMSCs的SOST表达和BMSCs的成骨分化过程中发挥着关键作用。因此，POSTN和SOST可能在激素性股骨头坏死的发生发展过程中发挥重要作用，POSTN和SOST有望成为诊断及治疗激素性股骨头坏死的分子靶点，也为激素性股骨头坏死基于干细胞的组织工程和再生医学（包括骨再生）提供有前景的治疗策略。