Wnt/β-catenin-RANK信号通路调控软骨下骨骨重建在电针抑制软骨退变中的作用机制研究

Evidences have shown that subchondral bone remodeling plays a key role in osteoarthritis(OA). It has been reported that electroacupuncture can inhibit degeneration of articular cartilage. On basis of the results of our previous studies, we hypothesized that electroacupuncture can inhibit the degeneration of articular cartilage, at least partly, by regulating subchondral bone remodeling. Bone is continuously remodeled in a tightly regulated manner via the bone-resorbing osteoclasts and bone-forming osteoblasts acting in conjunction to maintain bone homeostasis. RANKL/RANK/OPG signaling pathway has been accepted as the final common pathway of osteoclastogenesis and activation of osteoclast. Evidences have shown that Wnt/β-catenin signaling pathway plays key roles in the regulation of bone growth and remodeling. The aim of this study will be to investigate the possible mechanisms by which electroacupuncture prevents and treats osteoarthritis. For this purpose we will explore the effects of electroacupuncture on cartilage and subchondral bone, and further investigate the mRNA and protein expressions for several important components of RANKL/RANK/OPG and Wnt/β-catenin signaling pathways in subchondral bone of anterior cruciate ligament transaction(ACLT) rats. Understanding of the precise mechanisms by which electroacupuncture elicits these favorable biological responses can help control osteoarthritis.

基于电针治疗骨关节炎的有效性和课题组前期研究结果，结合骨关节炎中软骨下骨发生骨重建失衡的研究前沿，课题组提出：调控软骨下骨骨重建是电针治疗骨关节炎的作用机制之一的研究假说。骨重建包括骨吸收和其耦联的骨形成两方面。RANKL/RANK/OPG 信号通路是各种信号调节骨吸收的最后通路，而在新骨形成过程中, Wnt/β-catenin信号通路起着关键的作用。本项目采用多层次(分子、细胞、器官、整体)和多手段(高分辨MRI、显微CT、分子生物学等)相结合的方法，探讨电针对前交叉韧带切断的大鼠膝骨关节炎动物模型关节软骨、软骨下骨及RANKL/RANK/OPG及Wnt/β-catenin信号通路的基因与蛋白表达的影响，从而阐明电针调控软骨下骨骨重建是电针治疗骨关节炎的作用机制之一，为电针治疗骨关节炎提供全新的科学观点。

电针治疗骨关节炎（OA）的有效性已得到认可，本课题使用电针干预OA大鼠，通过HE、番红O染色及Mankin评分、显微CT、ELISA法、PCR与WB技术等检测手段，从多层次、多方面探讨电针对OA关节软骨退变、软骨下骨及RANKL/RANK/OPG信号通路的影响。软骨下骨重建为OA发病的重要病理过程，RANKL/RANK/OPG信号通路在调控软骨下骨重建的过程中发挥着重要作用。研究结果发现电针可上调OA中OPG表达及下调RANKL表达，来阻断软骨下骨吸收。结果表明电针可通过调控RANKL/RANK/OPG信号通路来抑制软骨下骨骨量丢失，并能通过抑制MMP-13表达来减轻关节软骨降解，保护关节软骨。同时，在后续的延伸研究中，发现电针可能通过促进HIF-1α/Sox9表达，抑制MMP13及ADAMTS5的表达，上调ACAN的表达，来抑制关节软骨退变。. 在后续系列研究中，分别添加了脉冲电磁场（PEMF）、依降钙素、伊班膦酸钠等干预措施(2017年进展报告中已提及)，多角度探讨OA的发病及治疗机制。结果发现：1.早期特定频率的PEMF能够抑制RANK表达，通过调控RANKL/RANK/OPG信号通路来抑制软骨下骨骨量丢失；2.依降钙素、伊班膦酸钠等可抑制OA软骨下骨吸收及促炎因子释放，并通过抑制ERK1、JNK、p38MAPK表达来调控MAPKs信号通路，以此抑制软骨基质的降解。同时发现伊班膦酸钠抑制软骨基质降解及软骨下骨吸收可能与自噬相关蛋白LC3 II表达增高有关；. 上述相关研究成果得到了国内外同行的认可，引起了学界的高度关注。这些研究成果也为我们团队后续成功申报各类课题夯实了基础。课题组的研究成果为OA及相关疾病的治疗提供了实验性依据，为OA相关治疗的临床应用、推广打下了一定的基础。