围绕雌激素受体相关的信号组研究新型BMP2激活剂诱导成骨细胞分化的分子机制

抗骨质疏松药物多以抑制骨量吸收为主，存在毒副作用大等诸多局限。促进成骨细胞分化和骨再生已成为骨质疏松及其并发症的重要防治策略。调控成骨细胞分化的信号通路错综复杂，近年研究发现了一种围绕雌激素受体（ER）产生的影响成骨细胞分化的新型网络信号调控整合模式，使ER、蛋白激酶、BMP2以及Wnt信号通路汇聚成信号组，共同调节成骨细胞的增殖和分化。本课题前期工作基础发现，抗衰老小分子化合物红景天苷也是新型的BMP2激活剂，能够促进成骨细胞增殖与分化。国内外无类似报道，已申请专利。本课题拟体外利用小鼠成骨前体细胞和颅骨细胞系，体内利用卵巢去势大鼠骨质疏松模型为研究对象，从雌激素受体相关的成骨细胞分化调节网络信号模式，系统研究红景天苷促进成骨细胞分化和骨生成的作用机制。本研究有望探索一种新型ER配体作用模式，针对目前我国随老龄化社会发展而日益增多的骨质疏松病提出具有我国原创特点的新型防治策略。

红景天苷是传统中药红景天的主要活性成分之一，有多种药理作用，但目前对红景天苷在骨代谢过程中的作用研究很少。本研究主要围绕红景天苷，系统研究了其促进成骨细胞分化和骨生成的作用与机制。课题组先采用小鼠前体成骨细胞MC3T3-E1、原代大鼠成骨细胞ROB和人成骨细胞瘤MG63证实了红景天苷具有显著上调Bmp2表达的作用。进一步以小鼠间充质祖细胞C3H10T1/2和MC3T3-E1细胞为主要研究对象，系统检测了红景天苷对细胞增殖、分化和矿化的作用及对雌激素受体相关信号的影响。研究方法主要包括：MTT法测定红景天苷对细胞增殖活力的影响；PNPP法检测成骨性标志物-碱性磷酸酶(ALP)活性的变化；茜素红染色检测成骨细胞矿化状况；RT-PCR检测细胞成骨分化标志基因mRNA水平的变化；启动子报告载体转染检测基因转录活性；Western blot检测细胞内蛋白表达水平的变化；卵巢去势大鼠造模进行体内实验等。结果发现：1）红景天苷（0.5-10 µM）处理不同时间后，C3H10T1/2及MC3T3-E1细胞增殖能力升高，ALP活性及 ALP、骨桥蛋白和骨钙蛋白基因表达水平均显著增加；2）经茜素红染色发现，红景天苷处理C3H10T1/2细胞后矿化程度呈剂量依赖性地增加；3）红景天苷能够显著增加上述细胞BMP信号通路相关基因(包括BMP2、BMP6、BMP7、Runx2及Osterix) 表达水平，并且促进下游Smad1/5/8信号蛋白发生磷酸化活化；4）红景天苷对ALP的诱导可分别被BMP拮抗剂 noggin及BMP受体激酶抑制剂dorsomorphin所逆转，提示其成骨作用有赖于BMP信号；5）红景天苷能升高雌激素受体转录水平，激活Wnt/β-catenin和ERK信号通路，促进TCF依赖的转录；6）体内试验中证实，红景天苷能够显著抑制卵巢去势大鼠的骨量丢失。我们进一步应用以BMP2为靶点的筛选模型对与红景天苷类似的天然单组份进行测试，首次发现野黄芩苷也具有类似的促成骨分化效应。综上，我们围绕雌激素受体相关的调节成骨细胞分化网络信号，重点研究了红景天苷诱导成骨分化的效应与机制。累计发表文章八篇，获得专利一项，为红景天苷在抗骨质疏松方面的可能开发应用提供了理论依据。此外我们建立了以Runx2为潜在靶点的新筛选模型，可结合以BMP2为靶点的筛选模型，用于新的抗骨质疏松候选化合物的发现。