miR-138-5p调控MACF1参与力学去负荷抑制骨形成的力生物学机制

Mechanical stimulus is essential for bone development and growth. Reduction or absence of mechanical stimulus inhibits bone formation and results in bone loss. MicroRNA, as one research hotspot of mechanobiology field, is involved in the regulation of gene expression controlled by mechanical stimulus. Our recent advances showed that miR-138-5p is sensitive to mechanical unloading and negatively regulates bone formation. Besides, MACF1, functioning as one target of miR-138-5p, promotes osteoblast differentiation. Therefore, we propose that miR-138-5p may function as a mechanical-sensitive microRNA and play a key role in mechanical unloading inhibiting bone formation through regulating MACF1 expression. Present project will adopt mechanical unloading models by using random positioning machine in vitro and mouse hindlimb-unloading in vivo, further investigate the following content: (1) The effects of mechanical unloading on bone formation, expression of miR-138-5p and MACF1, and Wnt/β-catenin signaling transduction; (2) The effects of mechanical unloading on the interaction of miR-138-5p and MACF1 and the possible mechanism; (3) The rescue effects of antagomir-138-5p on the above mechanobiological effects and the possible mechanism. The objective of this project is to provide some new experimental evidence for deeply understanding the mechano-biological mechanism of mechanical unloading inhibiting bone formation and also to provide some theoretical basis for prevention and therapy of bone metabolic related diseases.

力学刺激对骨骼系统生长发育必不可少。力学刺激的减少或缺失抑制了骨形成，导致骨质流失。microRNA作为力生物学领域的一个新热点，参与力生物学基因表达调控。申请者研究发现：miR-138-5p对力学去负荷敏感且负向调节骨形成；MACF1是miR-138-5p靶分子之一，促进成骨细胞分化。因此提出：miR-138-5p可能作为一种力敏感microRNA，通过调控MACF1参与力学去负荷抑制骨形成。本项目采用随机回转和小鼠尾悬吊力学去负荷模型，研究：(1)力学去负荷对骨形成、miR-138-5p和MACF1表达，以及Wnt/β-catenin通路的影响；(2)力学去负荷对miR-138-5p和MACF1相互作用及其机制的影响；(3)Antagomir-138-5p对上述力学去负荷效应的挽救及机制。为深入理解力学去负荷抑制骨形成的力生物学机制提供新的实验依据，并为骨代谢等疾病的防治提供理论基础。

力学刺激是骨骼系统生长发育中受到的最基本刺激之一。去负荷引起骨形成减少，导致骨质流失。力学刺激通过调节microRNA表达，进而调控mRNA翻译，最终表现出力生物学效应。申请者研究发现miR-138-5p对去负荷力学条件敏感，且可通过调节其靶分子MACF1参与成骨细胞分化。因此提出：miR-138-5p可能作为一种力敏感miRNA，通过调控MACF1表达参与去负荷抑制骨形成过程。本项目拟采用随机回转和小鼠后肢尾悬吊去负荷力学模型，从细胞和整体动物层次研究：(1)去负荷对骨形成、miR-138-5p和MACF1表达，以及Wnt/β-catenin信号的影响；(2)去负荷对miR-138-5p和MACF1相互作用及其机制的影响；(3)Antagomir-138-5p (AMO)对上述力生物学效应的挽救及其机制。.研究发现：(1)无论是体内还是体外力学去负荷促进miR-138-5p并抑制MACF1和β-catenin的表达；力学去负荷抑制成骨细胞分化和增殖以及骨形成。(2) miR-138-5p抑制成骨分化；而且MACF1和β-catenin促进成骨细胞分化；miR-138-5p直接靶向抑制MACF1的表达；miR-138-5p直接调控β-catenin表达；MACF1 直接调控β-catenin表达；力学去负荷条件下抑制miR-138-5p的表达可以缓解力学去负荷导致的成骨细胞分化的下降；力学去负荷条件下高表达MACF1和β-catenin可以缓解力学去负荷导致的成骨细胞分化的下降。(3)当注射AMO后，后肢去负荷小鼠miR-138-5p的表达得到明显的抑制，而下降的成骨标志基因和MACF1的表达以及MAR相对于其他后肢去负荷组有明显的恢复；microCT结果显示AMO可以改善力学去负荷小鼠疏松的骨小梁微结构，骨相关的参数也明显改善。为深入理解力学去负荷这一特殊力学条件所引起骨质流失的作用机制和骨组织响应不同力学刺激变化的分子机制提供理论和实验依据，并为骨骼系统相关疾病的防治提供参考。.本课题研究进展顺利，圆满完成了课题任务书规定的各项研究内容，发表研究论文28篇，其中26篇SCI，2篇中文核心；发表会议论文6篇。申请国家发明专利19项，授权1项。主办国内外会议6次，参加国际学术会议8次，国内会议12次。培养青年教师2名，博士研究生5名，硕士研究生2名。