体外震波对糖皮质激素诱导股骨头BMEC损伤的干预及其机制探讨

There are individual variations among patients with steroid-induced osteonecrosis (ON)，Blood circulation obstacle is the fundamental pathological changes, and bone microvascular endothelial cell(BMEC) damage is an essential factor of blood circulation obstacle. This research explores the effective prevention method for reducing the occurrence of steroid-induced ON in source, which would cut down medical cost and protect labor force. Extracorporeal shock wave therapy（ESWT）is a safe non-invasive tissue regeneration system. linked to the improvement in blood flow perfusion and cell regeneration，though its mechanism of action at the cellular and molecular level has not yet clarified.Combined our pre explore effective intervention Chinese and western medicine such as prostaglandin E1 and icariin，treat the established three-dimensional model steroid-induced BMEC injury，and to detect angiogenesis, cell cycle regulation, signal transduction, transcriptional regulation, adhesion molecules and apoptosis related gene expression by Using RT-PCR. Digital gene expression profile（DGEP）was applied from the level of gene expression in order to validate gene expression of every BMEC model groups, to find the high risk of susceptibility genes, and to seek diagnosis, prognosis and prevention target genes. This research will investigate the biological effects of shockwaves in the prevention of osteonecrosis and to elucidate the biological mechanism of musculoskeletal shockwaves. Effective prevention in those patients receiving corticosteroids will prevent the onset of ON. On the basis of former study, our research group will get expecting achievement.

应用糖皮质激素是否并发骨坏死个体差异很大，骨血液循环障碍是根本病理改变，而骨微血管内皮细胞（BMEC）损害是其重要因素，如能有效干预，保护激素诱导的BMEC损伤，将从源头上减少或避免激素性骨坏死的发生，具有巨大的社会效益和经济价值。体外震波为一种无损伤机械声波刺激，可激活组织细胞的自愈机制，但目前其在细胞水平和分子生物学水平的作用机制仍未阐明。本项目拟运用体外震波结合中西医药靶向前列腺素E1和淫羊藿苷（课题组在前期探索中证实可对激素性骨坏死起有效干预作用），对建立的激素诱导BMEC 损伤的三维模型进行干预，利用RT-PCR对血管生成、细胞周期调节、信号转导、转录调节、粘附分子及细胞凋亡等相关基因表达进行检测，并应用数字化基因表达谱（DGEP）对构建的各组BMEC基因表达模型进行验证，确认筛选出诊断、预后和治疗的靶基因，进而阐明体外震波是否有效干预激素性骨坏死及其分子生物学机制。

激素性股骨头坏死是骨科常见的难治性疾病，而股骨头内微血管内皮细胞（BMECs）损伤是激素性股骨头坏死发生的重要因素；体外震波能够有效地干预股骨头坏死的病程进展，但其具体机制尚不清楚。本项目从体外震波干预保护激素诱导BMECs损伤的角度出发进行实验研究和理论分析，成功建立了一套成熟的股骨头微血管内皮细胞分离、培养、纯化和鉴定的方法，阳性率接近100%；应用氢化可的松制备了激素诱导BMECs损伤的三维模型，并使用不同能流密度和不同次数的体外震波进行干预，发现体外震波作用于股骨头微血管内皮细胞后，能够显著提高体外血管成管及迁移能力，其中低能流密度（0.03 mJ/mm2）组促进成血管能力和细胞迁移能力明显优于高能流密度组（0.11 mJ/mm2），高能流密度组内随着作用次数增加促进成血管能力下降；同时发现体外震波对于激素诱导股骨头微血管内皮细胞凋亡有着保护作用；筛选出了在体外干预激素性骨微血管内皮细胞损伤的最佳能流密度和作用次数；进一步应用二代测序技术发现了多种在体外震波干预后股骨头微血管内皮细胞内表达量明显上调或下调的mRNA和miRNA，通过生信分析工具发现其中可能与血管内皮细胞的增殖、迁移、成管和凋亡有关的17种基因和13种miRNA（miR-33a-3p, miR-200b-3p, miR-106b-5p, miR-181b-3p, miR-27a-3p, miR-31-3p, miR-143-5p, miR-203a-3p, miR-342-5p, miR-222-3p, miR-223-3p, miR-221-5p 和 miR-146b-5p），并通过qPCP技术进行了验证。本研究进一步阐明体外震波对激素引起的股骨头微血管内皮细胞损伤具有明显的保护作用，发现了其中可能的分子生物学机制，为应用体外震波治疗激素性股骨头坏死提供了理论依据，并为激素性股骨头坏死提供了新的治疗靶点。目前，本课题对于差异基因、miRNA的下游基因和信号通路的改变，尚需进一步研究。