表观遗传学信号分子-BET蛋白在磨损颗粒诱导假体周围骨溶解中的作用和机制研究

Periprosthetic osteolysis (PPOL) induced by wear particles is the main cause of aseptic loosening. And recent studies indicated that the signaling molecules of epigenetics-BET proteins were involved in the process of PPOL. However, the role of the BET proteins in wear particles-induced PPOL remain little understood. Our pre-test showed that the BET proteins were involved in the process of PPOL by activating the osteoclasts. However, the more elucidated mechanism remained to be further revealed. Therefore, we propose a hypothesis: the BET proteins are invovled in PPOL by activating the osteoclasts through osteoclast-activating cytokines and RANKL/RANK pathway. We will illuminate the hypothesis from the level of the molecules, cells and tissues using a variety of biological technology in the clinical, BALB/c mice and cell experiments. This study will clarify the mechanism of PPOL induced by wear particles from a new viewpoint of the epigenetics.

磨损颗粒诱导假体周围骨溶解（PPOL）是假体无菌性松动的主要原因。而研究表明表观遗传学信号分子-BET蛋白参与了许多骨代谢疾病的发病过程。但迄今对BET蛋白在磨损颗粒诱导PPOL中的作用仍知之甚少。我们的预实验提示，磨损颗粒可以通过BET蛋白的介导作用，促进破骨细胞的形成和激活，进而参与磨损颗粒诱导PPOL的发生过程。但其机制还需进一步探讨。为此，我们提出假说：磨损颗粒通过BET蛋白的介导作用，促进溶骨性因子的产生和激活RANKL-RANK信号通路，进而促进了破骨细胞的形成和激活，并最终诱导PPOL的发生。本课题拟通过临床实验、磨损颗粒诱导PPOL小鼠动物实验及细胞实验，从分子、细胞、组织及动物整体水平，利用多种生物学技术阐明这一假说。本研究将从表观遗传学这个新视点来阐明磨损颗粒诱导PPOL的分子机制，并为磨损颗粒诱导PPOL的防治提供新的思路。

磨损颗粒诱导假体周围骨溶解（PPOL）是假体无菌性松动的主要原因。而研究表明表观遗传学信号分子-BET蛋白参与了许多骨代谢疾病的发病过程。但迄今对BET蛋白在磨损颗粒诱导PPOL中的作用仍知之甚少。本课题从临床病人、动物实验、细胞实验三个层次，并利用多种分子、细胞生物学技术对BET蛋白在PPOL中的作用机制进行充分研究。我们首先通过临床标本实验证明BET蛋白参与了PPOL的发病过程，在动物实验对这个结论进行进一步验证，同时也发现BRD4在PPOL动物模型组中的表达明显增高，而BRD2和BRD3在模型组的表达量与对照组比较虽有增加，但是无统计学意义，因此，从动物实验的结果来看，BET蛋白中参与PPOL发病过程的可能主要是BRD4蛋白。所以后续研究将重点倾向于BRD4在PPOL中的作用和机制；动物实验和细胞实验均发现磨损颗粒通过BRD4蛋白的作用，增加破骨细胞的形成和活性，进而参与了PPOL的发病过程；而磨损颗粒通过BRD4蛋白激活破骨细胞的主要机制主要包括两个方面，其一是通过增加炎症因子（IL-6、IL-1β、TNF-α）的表达，而这其中的机制主要是钛颗粒促进BRD4蛋白的高表达，进而促进IkB蛋白的降解，并激活了NF-kB信号通路，最终促进了IL-6、IL-1β、TNF-α炎症因子的表达；其二是磨损颗粒通过BRD4蛋白激活RANKL-RANK信号通路，进而增加破骨细胞的形成和活化，最终参与PPOL的发病过程。最后，我们成功配繁了BRD4基因敲除小鼠，更深一步验证了BRD4对RANKL-RANK信号通路的激活并诱导破骨细胞参与PPOL的机制。通过本课题的研究，我们不但发现BRD4在PPOL的发病过程中发挥重要作用，而且通过抑制BRD4蛋白的表达，成功阻止了磨损颗粒诱导PPOL的发生，这不但首次从表观遗传学的角度对磨损颗粒诱导PPOL的发病机制提供了新的补充，同时也为预防和治疗磨损颗粒诱导PPOL和假体无菌性松动寻到了新的治疗靶点和理论依据。