Wnt7b调控破骨细胞分化及骨吸收功能的机制研究

Periapical bone loss is the common result of endodontic diseases, which is mainly caused by local inhibited bone formation and increased bone resorption. The healing of periapical bone loss can result from the infection control and formation of new bone. refractory apical periodontitis are demonstrated as aggressive bone resorption, which might be explained by the enhanced osteoclastogenesis, while the underlying mechanism remains largely unknown. Our previous work has shown that Wnt7b could promote the bone formation as well as inhibit bone resorption, with the molecular mechanism of the latter needs to be elucidated. In this project, we aim to study the biological function of Wnt7b on osteoclast differentiation and its function, by using transgenic mice, CRISPR/Cas9 technique, high input sequencing and Chip-seq, etc. We also plan to explore the possibility of using Wnt7b locally to promote the healing of periapical bone loss. Our research might shed new light on the molecular regulation of osteoclastogenesis and provide treatment target for future endodontic treatment.

根尖周病变导致的骨丢失是牙髓根尖周病的常见预后，根尖周局部牙槽骨的破骨增强和成骨抑制是主要机制，其愈合依赖于感染的清除和新骨的形成。难治性根尖周炎常表现为根尖周骨质的进行性破坏吸收，破骨功能的亢进是其可能的原因且机制尚未完全清楚。课题组前期研究发现Wnt7b在促进骨修复的同时可以抑制骨吸收和破骨细胞分化，但后者的具体作用机制尚不可知。因此本题目拟结合转基因小鼠技术、Cas9体外基因干预技术、高通量测序及分子生物学手段探究Wnt7b调控破骨细胞分化的分子机制；同时拟局部采用富Wnt7b材料，研究其用于治疗根尖周骨修复的有效性和安全性，进一步验证Wnt7b应用于根尖周病治疗的可行性。本课题有望能阐明Wnt7b调控破骨细胞分化及骨吸收功能的作用机制，并为其应用于根尖周骨修复治疗提供实验基础，也为治疗根尖周病提供新的思路。

课题组利用转基因动物模型确定了体内复杂环境下Wnt7b对破骨细胞的抑制作用。构建的两种在破骨细胞中特异性过表达Wnt7b的转基因小鼠模型Rank Cre+/-;ROSA26 Wnt7bf/+以及LysM Cre+/-;ROSA26 Wnt7bf/+都表现出高骨量表型，骨组织内破骨细胞数目明显减少。在Wnt7b过表达的情况下，体外形成的破骨细胞数量明显减少，破骨分化早期的关键基因如PU.1，c-fos和分化终末期的关键基因如CTSK，TRAP，DC-stamp在转录水平上都低于对照组。通过代谢分析发现柠檬酸的降低会引起了破骨前体细胞的分化障碍，将细胞代谢与胞外蛋白信号联系起来。Wnt7b过表达情况下，小鼠原代破骨前体细胞摄取葡萄糖水平降低，乳酸产生降低，ATP的产生并无明显差异，但其胞内的柠檬酸含量明显低于对照组。机制方面，Wnt7b通过抑制AKT的磷酸化从而抑制了破骨前体细胞的分化。Wnt7b并未激活破骨前体细胞内的经典信号通路，而RANKL引起的NF-κB经典通路p65蛋白的磷酸化出现延迟，AKT第473位丝氨酸的磷酸化水平降低，加入AKT的激活剂SC79能够恢复Wnt7b引起的破骨细胞分化受抑制的表型。最后，课题组通过构建卵巢缺失骨质疏松模型，证明了Wnt7b能够减缓由于骨吸收功能亢进引起的骨量减少为将来研发新型的骨修复骨再生药物提供了科学依据和理论基础。