抑制骨细胞来源Sclerostin蛋白对颌面部DO成骨的协同促进作用

Distraction osteogenesis (DO) is an endogenous bone engineering technique. It utilizes continous external forces to bone segments and promotes mesenchymal cells differentiation and proliferation. The osteoblasts between the bone segments will be activated. And newly formed bone could prolong the length of bone. At present, the clinical application of DO in craniomaxillofacial regions is more extensive, but there are few studies on the biological mechanism of distraction osteogenesis. Osteocytes comprise more than 95% of skeletal cells, they were long thought to be passive residents. More than 2 decades of intense study of osteocytes in vivo and in vitro overturned this paradigm, revealing that osteocytes modulate bone homeostasis and remodeling, act as mechanosensors, and direct endocrine regulation of mineral metabolism.However, there is almost no literature on the mechanism of osteocytes in distraction osteogenesis.Sclerostin is a specific osteocytes marker, secreted by osteocytes and negatively regulate the Wnt / β-catenin signaling pathway in bone remodeling. the use of anti-sclerostin monoclonal antibody or SOST gene knockout could inhibit the biological function of sclerostin, and promote local osteogenesis or fracture healing.Therefore, this study intends to observe the histomorphological and molecular biological changes of osteocytes during DO, and investigate the the osteogenic stimulation effects of SOST knockout and anti-sclerostin antibody application on DO animal model, and to explore the roles of osteocytes in the process of distraction osteogenesis and effects of sclerostin on the osteogenesis of craniomaxillofacial DO, and to improve the efficiency of DO osteogenesis in clinic.

牵张成骨在颅颌面的临床应用越来越广泛，但目前对牵张成骨的生物学机制究还很少。骨细胞作为骨组织中含量最多的细胞，其在骨重建中的作用已被学者所认可，大量研究证据表明骨细胞可直接调控成骨细胞和破骨细胞完成骨改建。但目前关于DO的相关机理研究中，几乎没有文献涉及骨细胞在牵张成骨中的作用机理。另外，骨硬化蛋白作为骨细胞分泌的经典的Wnt信号通路负向调节因子，采用骨硬化蛋白单克隆抗体或者采用SOST基因敲除的方法可以抑制骨硬化蛋白的生物学作用，促进局部的成骨或者骨折愈合。因此本研究拟通过对DO过程中骨细胞的组织形态学、分子生物学变化进行观察，并通过SOST 基因敲除小鼠的DO模型及应用anti-sclerostin抗体对DO的成骨促进作用进行研究。深入探索骨细胞对DO骨改建过程的调控作用，并期望可以通过抑制骨细胞来源Sclerostin蛋白对颌面部DO成骨起到有效的促进作用，提高临床上DO成骨的效率。

牵张成骨是通过牵张力增加颅颌面部骨组织量的一个重要手段，是先天性颌骨发育不足患者的有效治疗方法之一，目前临床应用越来越广泛。骨细胞作为骨组织中含量最多的细胞，其在骨改建中的调控作用已被学者所认可，但牵张成骨过程中骨细胞在成骨促进中的的生物学机制研究相对较少且能否采用其他材料协同促进成骨尚缺乏相关研究。本研究成功构建了颅面部骨的大鼠牵张成骨模型，建立了了SOST及Panx1基因敲除小鼠模型，并进行了相关的动物实验及细胞学研究。通过该项目的研究发现，应用新型的纳米纤维支架材料可以促进骨缺损区域的成骨。同时，本研究还应用全基因测序技术对颌面部骨组织成骨破骨相关基因表达进行比较，发现颌面部不同部位骨细胞具有不同的成骨破骨特性。这些结果可以为后续不同部位的骨细胞对不同部位的牵张成骨中的成骨促进作用研究奠定基础。在该项目支持下，已培养硕士研究生三名，参与大会发言1次，发表学术期刊论文5篇，会议论文1篇，在投SCI论文1篇，获得实用新型专利授权2项。在本课题的实施过程中也因疫情原因，出现了转基因动物保种失败和重复等状况，导致研究的进程变慢，成果产出延后。综上所述，通过本研究初步认识了骨细胞及骨细胞中重要成骨相关基因在颌面部牵张成骨的重要作用，也发现了应用成骨促进相关材料可以对牵张成骨具有一定的协同促进作用。