miRNAs-Itgαvβ1/FAK调控轴在钛种植体表面多级结构促进骨整合中的作用与分子机制

There is a large number of fine micro/nano structures exist in organisms. Previous studies have shown that micro/nano titanium implant surface can induce the bone marrow mesenchymal stem cells (BMSCs) osteogenic differentiation and promote the osseointegration, but its molecular mechanism is not yet clear. The early stage of the transcriptomics study in our previous study showed that Itgαvβ1/FAK played a key role in BMSCs osteogenic differentiation on the multi-level structure of micro/nano titanium implant surface and we hypothesize that the miRNAs could be combined with possible related signaling pathways. In this study, bioinformatics technology, microRNA Assay, microRNA TaqMan Assay and luciferase Reporter Assays are applied to explore miRNAs-Itgαvβ1/FAK regulation axis in the effects of enhanced osseointegration by micro/nano titanium implant surface structure and the precise network of molecular mechanisms.Additionally, the in vivo experiment analysis is used to realize the application of controlled miRNAs-Itgαvβ1/FAK signaling pathway in osseointegration. These results will provide new insights and a basic theory for the development of novel dental implant materials which enhance the fast and stable biological healing.

生命体存在大量精细的多级微纳米结构。既往研究表明，钛种植体表面多级微纳米结构可以诱导BMSCs成骨分化促进骨整合，但其分子机制尚未明确。课题组前期转录组学研究发现，Itgαvβ1/FAK在钛种植体表面多级微纳米结构诱导BMSCs成骨分化中起到核心作用，并预测到可能与该级联信号结合的miRNAs。本研究进一步应用生物信息学技术、microRNA芯片、microRNA TaqMan Assay及荧光素酶报告等技术探讨miRNAs-Itgαvβ1/FAK调控轴在钛种植体表面多级微纳米结构促进骨整合中的作用及网络分子机制，并通过体内实验实现miRNAs-Itgαvβ1/FAK调控信号在促进种植体骨整合中的应用。研究结果将为发展新型种植修复材料促进快速稳定生物愈合提供新的思路与理论依据。

种植体表面中等粗糙度可在临床环境中加速种植体的骨整合。微小RNA（miRNA）在骨髓间充质干细胞（BMSCs）的成骨分化中起着重要的调节作用。然而，表面粗糙度通过改变miRNA的表达来调节成骨细胞行为的机制尚不清楚。因此，本课题应用光滑的钛表面作为对照，制备具有中等粗糙度的钛表面，对这一机制进行探究。首先，我们对两个表面的形态和粗糙度进行了表征，并验证了BMSCs在粗糙表面上有明显的成骨差异。然后，运用miRNA芯片在不同表面培养的BMSCs中筛选出29个差异表达的miRNAs，并进行相应的功能预测。使用RT-PCR对这些差异miRNA的表达进行验证，并筛选出4个合格的候选者。随后基于上调和敲低实验，发现仅有miR-181d-5p显著影响RUNX2基因表达。因此，我们通过检测成骨相关基因和蛋白的表达，以及碱性磷酸酶和茜素红实验，进一步证实了miR-181d-5p的下调可促进BMSCs的成骨分化，反之亦然。此外，挽救试验显示，miR-181d-5p敲低可改善光滑钛表面上较差的成骨现象，而miR-181d-5p上调可抑制粗糙表面上较好的成骨现象。以上结果表明，种植体表面中等粗糙度可通过显着下调miR-181d-5p来刺激BMSCs的成骨分化。这些发现为开发快速骨整合的先进植入材料提供了有用的信息和理论基础。