β2-AR-Ihh/PTHrP轴介导孕期乙醇暴露致子代关节软骨发育不良的研究

The pregnant woman's non-conscious exposure to ethanol, unintended pregnancies among women who has a habit or an addiction to alcohol all can cause birth defects. We first reported, prenatal ethanol exposure (PEE) resulted in offspring’s IUGR, articular cartilage dysplasia and increased susceptibility to adult osteoarthritis. but the underlying mechanism of developmental toxicity of PEE on articular cartilage in different periods of intrauterine fetal remain unknown. On the basis of previous work, pre-experiment and literature summary, we hypothesized that ethanol activates the beta2-adrenergic receptor of the articular cartilage, reduces the level of Ihh/PTHrP axis, resulting in increased expression of RUNX2 and decrease expression of ERG, and finally inhibited the differentiation of chondrocytes to the articular cartilage, induced developmental dysplasia of the articular cartilage. This project aims to clarify the underlying molecular mechanism by which ethanol activates the expression of β2-AR and inhibit the proliferation and differentiation of cartilage progenitor cells in vitro and in vivo, and finally confirm the exact date of developmental toxicity of ethanol on fetal articular cartilage. This project has important practical significances on understanding the toxicity of ethanol on articular cartilage in fetus, guiding the pregnancy health life, advocating eugenics, etc.

孕妇未察觉的酒精摄入、酗酒或有饮酒习惯的女性意外怀孕均可造成胎儿出生缺陷。我们率先报道，孕期乙醇暴露致临产前的胎鼠关节软骨发育不良、个体成年后骨性关节炎(OA)易感。但乙醇对子宫内不同时期的胎关节软骨发育毒性及机制仍不清楚。结合前期工作、预试与文献，我们提出假说：乙醇激活软骨β2-肾上腺素能受体，下调Ihh/PTHrP轴，使RUNX2表达升高、ERG降低，最终致软骨祖细胞向关节软骨分化减弱、软骨发育异常。本项目拟从孕期乙醇暴露胚胎模型、软骨组织培养、BMSCs成软骨分化，多层次研究乙醇对胎关节软骨细胞增殖、分化和软骨发育的影响，利用正、反向验证手段印证β2-AR-Ihh/PTHrP轴在乙醇致胎关节软骨细胞增殖和分化异常中的作用。本项目有助于深入认识乙醇对胎关节软骨发育的毒性作用，为解析“OA的发育起源”提供理论依据，对制定早期诊断和防治策略具有理论意义。本研究思路与内容国内外均未见报道。

申请人及其团队前期首次提出并证实骨性关节炎（OA）具有宫内起源，即孕期乙醇暴露（PEE）子代存在宫内软骨不良，成年后OA易感（二次打击学说），该工作丰富了疾病具有胎儿起源的 “多哈学说”。本项目在国家自然科学基金的资助下，于宫内更早期观察了PEE子代宫内软骨发育情况；具体为受孕Wistar大鼠于孕9至20天(GD 9-20) 给予乙醇灌胃。于关节发生(GD14)、关节软骨形成(GD17)和出生前(GD20)处死孕鼠获取胎鼠。全骨架及组织染色分析胎鼠软骨发育情况；基因及蛋白水平检测软骨标志基因及其调控因子表达。同时，在体外用骨髓间充质干细胞（BMSCs）三维培养成软骨分化模型探讨乙醇对软骨分化的影响。进一步，在GD17软骨细胞上，使用干扰、过表达及荧光素酶报告基因探讨乙醇致关节软骨细胞分化不良的分子机制。我们发现：PEE可显著影响关节软骨形成期软骨祖细胞的分化方向，表现为其向关节软骨方向分化减少而向过渡态软骨细胞的肥大化增加，其机制与乙醇促进miR-200b-3p表达而靶向抑制ERG的表达进而导致PTHrP低表达有关。本项目将孕期乙醇暴露子代软骨发育情况的观察时间点提早至自间充质干细胞凝集、形成软骨雏形的初期，并在骨软骨宫内发育的不同关键时间点动态观察其发育变化受影响的情况，并深入阐明其机制。本项目的研究成果已整理、撰写完毕，目前正处于投稿中。此外，在项目执行期间申请还发表一篇关于骨软骨自宫内到成年的动态形态学变化文章（Folia Morphologica，2020).）；以及一篇普伐他汀可降低PEE子代胎源性OA易感的文章（Bone，2021）。另外，还申请本项目相关的专利一项（一种胎源性成年骨关节炎易感动物模型的构建方法及其应用），作为主要编者参编《骨与关节疾病的胎儿起源》编著一部，获得“获出生缺陷干预救助基金会科学技术二等奖（排名第14）” 及“全国妇幼健康科学技术一等奖（排名第9）”。