骨钙素对骨巨噬细胞的调控作用及分子机制研究

Osteal macrophage plays a key role in maintaining the balance of bone metabolism and promoting fracture healing. It is a research hotspot in orthopedics for recent years. However, the recruitment and regulation factors of osteal macrophages are not yet clear, which has become the main restricting for its function research. Osteocalcin is a marker factor of osteoblast. Based on the current study of osteocalcin and previous experimental results, our project team proposed the hypothesis that osteocalcin can recruit and regulate osteal macrophages. We intend to study the hypothesis through microCT, IHC, RT-qPCR, flow cytometry and other methods based on the osteocalcin knockout, GGCX knockout, tail suspension mouse model and osteocalcin overexpression, knockdown cell model. The aim of this research is to elucidate the function of osteocalcin in bone and the regulation of osteal macrophages. The experimental results may lay a solid foundation for solving the imbalance of bone metabolism caused by weightlessness.

骨巨噬细胞在维持骨代谢平衡、促进骨折愈合等方面起到关键作用，是近年来骨科学的研究热点，然而骨巨噬细胞的招募和调控因子尚不清晰，成为限制其功能研究的主要瓶颈之一。骨钙素是成骨细胞分泌的标志因子，基于骨钙素功能研究进展和前期实验结果，项目组提出骨钙素能够招募和调控骨巨噬细胞这一假设，拟利用骨钙素基因敲除、羧化酶基因敲除、尾吊小鼠动物模型和骨钙素过表达、敲低细胞模型，采取microCT、免疫组化染色、RT-qPCR、流式细胞分选等方法，在细胞水平和动物水平，从巨噬细胞招募、分化、极化等方面，研究骨钙素对骨巨噬细胞的调控作用和对骨代谢平衡的影响。旨在揭示骨钙素在骨中的功能以及骨巨噬细胞的招募和调控机制，为解决失重导致的骨代谢失衡问题奠定坚实的基础。

骨巨噬细胞在维持骨代谢平衡、促进骨折愈合等方面起到关键作用，阐明骨巨噬细胞的功能和调控机理将为解决骨代谢失衡问题提供重要依据。然而骨巨噬细胞的招募和调控因子尚不清晰，成为限制其功能研究的主要瓶颈之一。骨钙素是成骨细胞分泌的标志因子，基于骨钙素功能研究进展和前期实验结果，项目组提出了骨钙素能够起到招募和调控骨巨噬细胞的假说。为了证明假说，我们建立骨钙素过表达成骨细胞系、骨钙素基因敲除小鼠以及羧化酶基因敲除小鼠，从离体和在体水平分析了骨钙素对骨巨噬细胞趋化、分化的影响，并进一步对调控信号通路进行了探索。研究结果发现：外源加入骨钙素和内源过表达骨钙素均能够趋化骨巨噬细胞前体细胞，增加趋化因子ccl2、ccl7、ccl12基因表达量；骨钙素能够促进骨巨噬细胞前体细胞巨噬向分化，同时抑制其破骨向分化；与野生型小鼠相比较，骨钙素基因敲除小鼠体重、糖耐受并没有明显区别，但在尾吊模拟失重条件下酸性磷酸盐取代增加，骨质酸化程度更快；骨钙素基因敲除小鼠骨巨噬细胞数量显著减少，表明骨钙素的缺失影响了骨组织中巨噬细胞的生成。通过质谱流式方法对骨髓细胞亚群时序性分析，发现骨钙素敲除小鼠的骨髓细胞中巨噬细胞数量显著降低，表明骨钙素对骨髓腔内的巨噬细胞分化成熟具有重要作用；外源加入骨钙素能够显著提高CCR1以及CCR2受体的表达量，激活JAK-STAT信号通路，提示骨钙素可能通过该信号通路起到调控功能。研究结果表明骨钙素是骨与免疫系统间相互调控的可能纽带之一。为后续研究空间骨丢失发生机制和防护手段提供了新的理论依据和实验基础。