“LncRNA-H19—Wnt/β-catenin”在运动防治骨质疏松症中的作用机制研究

Physical activity or appropriate exercise increases osteogenesis and prevents the development of osteoporosis. However, the mechanisms of exercise preventing osteoporosis remain unclear. Our previous studies demonstrated that appropriate exercise contributes to reducing the bone loss in senile osteoporosis model mice (SAMP6) induced by upregulating Wnt/β-catenin signaling pathway; We also found that exercise upregulates the gene expression of lncRNA-H19 in the tibia, which was downregulated in ovariectomized mice. Other novel study illustrated that lncRNA-H19 inhibits miR-141and miR-22 by molecule sponge function to activation of Wnt signaling pathway, and then promotes osteogenic differentiation of bone mesenchymal stem cells (BMSC). Thus we propose the hypothesis that exercise prevents and treatments osteoporosis through activating “lncRNA-H19—Wnt/β-catenin” pathway. In this program, we plan to use lncRNA-H19 knockout mice, and assign them treadmill running protocol, combined with mechanical strain stimulus for mice BMSC and osteoblast，to test the hypothesis above. This study will greatly increase our understanding of the roles of non-coding RNA in the skeletal system and lncRNA-H19 in exercise preventing osteoporosis.

运动在一定程度上可以促进骨生成、减少老年骨质丢失，防治骨质疏松症，但机制尚未完全阐明。我们团队前期研究发现：1.适宜运动可以上调Wnt信号通路，减少老年骨质疏松小鼠（SAMP6）的骨量丢失；2.卵巢摘除术后小鼠胫骨的长链非编码RNA-H19（lncRNA-H19）表达量显著下降，而适宜运动则可以促进lncRNA-H19表达。查阅文献发现，lncRNA-H19可以高效吸附miR-141和miR-22，从而激活Wnt信号转导通路，促进间充质干细胞（BMSC）向成骨细胞分化。因此我们提出如下研究假说：运动通过“lncRNA-H19—Wnt/β-catenin”途径促进骨形成，防治骨质疏松症。本项目拟采用lncRNA-H19基因敲除小鼠进行跑台运动、结合对小鼠间充质干细胞和成骨细胞进行机械应力干预来验证上述假说。该研究的开展有助于部分揭示运动防治骨质疏松的机制，为临床康复提供一定的理论依据。

骨质疏松是以骨密度减低和骨组织微结构破坏为主要特征的骨代谢性疾病。随着老龄化社会的加速进展，骨质疏松的发病率逐年增高，骨质疏松性骨折所带来的医疗、照护和经济负担逐渐增加，骨质疏松已逐步成为亟待解决的全球性的临床公共卫生问题。适当强度的运动训练，能够改善骨强度、跌倒风险、跌倒冲击等所有可被改变的骨折风险因素，已成为目前骨质疏松治疗的研究热点，但对于运动防治骨质疏松的作用机制仍在不断探索中。长链非编码RNA，尤其是lncRNA H19已被证实在骨代谢、骨肿瘤等多种骨骼生理及病理过程中发挥了调控作用，其在运动防治骨质疏松中的作用机制仍未完全阐明。.本研究采用去卵巢手术制备骨质疏松动物模型，使用渐进式跑台运动进行干预，发现中等强度的渐进式跑台运动能够通过促进骨形成而增加C57BL/6去卵巢小鼠的骨密度和骨生物力学性能并增加骨组织中lncRNA H19表达，有效防治绝经后骨质疏松。接着选取OSX-Cre工具鼠，与H19fl/+小鼠进行杂交以获得在成骨细胞中特异性敲除的H19的小鼠模型，研究敲除成骨细胞中lncRNA H19后对小鼠骨量及骨代谢相关指标的影响。采用了两种力学刺激模式，即有氧跑台运动（机械刺激）和尾悬吊（失力刺激）来对lncRNA H19 fl/fl小鼠的骨骼进行系统的研究。离体实验中机械牵张抑制miR-141、675、188表达，lncRNA H19负向调控上述microRNA并通过正向调节Wnt/β-Catenin信号通路而促进骨髓间充质干细胞（BMSCs）成骨分化。进一步对机械敏感蛋白Antxr1的表达进行敲低和过表达，研究机械牵张刺激下，lncRNA H19被Antxr1调控后对成骨分化及下游通路的影响。Antxr1能够正向响应机械牵张刺激，并负向调控lncRNA H19的表达和BMSCs成骨分化，其机制与负向调节Wnt/β-Catenin信号通路有关。