表皮生长因子受体信号通路调控软骨表层细胞促进软骨再生修复的作用及机制研究

Osteoarthritis (OA) is becoming increasingly severe, but there is still lack of treatment. It is essential to enhance the regeneration ability of cartilage for OA treatment, thus tissue engineering is a key strategy. It is well known that tissue engineering by Mesenchymal Stem Cells showed some positive effects on cartilage regeneration, but still not that satisfactory. Our previous study showed that catabolic metabolism of the superficial layer cells on the articular cartilage plays a key role on OA initiation and progression , and Epidermal Growth Factor Receptor (EGFR) signaling pathway could promote the activities of those cells. Furthermore, down-regulating EGFR signaling pathway could accelerate OA progression. Therefore, we hypothesize that overexpression of TGF-α on those superficial cells could facilitate cartilage regeneration by up-regulating of EGFR signaling on itself. In this study, we plan to establish cartilage superficial cells over expressing TGF-α , combine them with PRG peptide scaffold, and inject into the OA mouse knee joint. By doing this, we aim to study the effects and mechanism on how EGFR modulates the superficial cells and promote cartilage regeneration. Hopefully, it could provide a new strategy for OA treatment.

骨性关节炎（Osteoarthritis,OA）影响日益严重，但缺乏有效的治疗手段。增强软骨修复能力是OA细胞治疗亟待解决的瓶颈问题，软骨再生组织工程修复软骨缺损是重要手段。目前，基于间充质干细胞的组织工程技术对软骨再生修复具有一定效果，但尚不满意。我们前期发现，关节软骨表层细胞受损是OA早期发病的重要机制，而表皮生长因子受体（EGFR）通路正向调控软骨表层细胞合成代谢活性，抑制该通路则导致软骨表层活性降低，加速OA的发生发展。因此推测，在软骨表层细胞中过表达TGF-α，从而激活自身EGFR信号可增强其软骨再生修复能力。本项目中，我们拟采用CRISPR-Cas9系统构建TGF-α过表达软骨表层细胞，并与PRG多肽水凝胶复合培养后，注入OA小鼠的膝关节中，观察该复合物对软骨损伤的再生修复作用，并阐明EGFR信号通路调控软骨表层细胞促进软骨再生修复的机制。本项目将为OA的细胞治疗提供新的思路。

骨性关节炎(Osteoarthrltis，OA)是一种最为常见的以关节疼痛和功能障碍为主要临床表现的关节疾病，主要病理特征包括关节软骨退变，滑膜炎症，骨赘形成及软骨下骨异常重建硬化等。全世界约有3.55亿骨性关节炎患者。间充质干细胞治疗近年来在组织再生领域日益受到重视，其中脐带间充质干细胞（UCMSC）由于其增殖分化能力强、低伦理争议等优势越来越受关注。我们首先用碘乙酸钠构建大鼠OA模型，然后膝关节腔注射UCMSCs治疗，组织学观察OA大鼠软骨侵蚀得到了改善，滑膜炎进展得到了缓解。另外，我们还观察到了UCMSCs可以保护表层软骨细胞，促进它向软骨受损部位迁移。本研究为软骨再生和OA治疗提供了一种强大的、干细胞临床应用策略，并部分阐明了UCMSCs对OA病理的细胞和分子机制，为今后UCMSCs在临床上的应用铺平了道路。但是膝关节腔注射细胞悬液仍存在许多缺陷，比如所需细胞剂量大、损失过多和不可控的副作用等。目前，生物可融合性材料被广泛应用于各种基础研究和临床疾病的治疗，其中多孔明胶微冷凝胶（gelatin microcryogel, GM）已被证明是能够搭载细胞的具有生物可降解性的材料。我们首先找到了GM的最佳应用孔径和细胞种植浓度，并构建UCMSCs与材料复合物（UCMSC-GMs）。我们证实了与2D平面培养细胞相比，3D细胞培养环境的GM能够增加所载UCMSCs的分泌功能、细胞活性以及对抗压力的能力,并且证实了UCMSCs分泌的生长因子通过作用于软骨细胞表皮生长因子受体（Epidermal Growth Factor Receptor, EGFR）通路发挥作用。我们用半月板胫骨韧带切除术构建小鼠OA模型后，膝关节腔分别注射UCMSCs悬液和植入UCMSC-GMs，组织学结果证实相比于同剂量的细胞悬液治疗，UCMSC-GMs能更好的延缓OA和滑膜炎的进展，并且能达到高剂量细胞悬液的治疗效果。另外，通过体内成像系统，我们发现GM可以显著延长UCMSCs在关节腔内的滞留时间。本研究证实了UCMSC-GM复合物可以通过减少90%的细胞数量来延缓DMM诱导的小鼠OA进展，并且揭示了生物材料在UCMSCs中的综合作用，并对干细胞生物材料复合物在OA治疗中的应用前景进行了良好的展望。