TGF-β1促进CHSY-1表达调节硫酸软骨素合成影响椎间盘退变的机制研究

The incidence of low back pain, which is often linked to intervertebral disc degeneration (IDD), is extraordinary high. The commonest strategies are aimed at providing symptomatic relief., and the result turns out to be unsatisfied. Recent advances in molecular biology therapy have drawn much attention. The metabolism disorder (reduction of the anabolic and increased catabolic activity) in extracellular matrix (ECM) is considered to be the most pivotal process in IDD; it causes LBP by initiating loss of water content and disc height of the intervertebral disc. In these years, chondroitin sulfate (CS) which plays an important role in keeping the water content of nucleus pulposus has caused great concern. During the process of IDD, CHSY-1, which is a key enzyme in the biosynthesis process of CS is down regulated, may be related to the suppressed biosynthesis of CS. Our pre-experiment data indicates in IDD. Therefore, the goal of the present study is to investigate the regulation of CHSY-1 by TGF-β1 and its role in the metabolism disorder in IDD, Based on these studies, it is possible to conceive a therapeutic strategy that targets CHSY-1 for the structural preservation of the intervertebral disc.

腰痛在临床上极为常见，给患者家庭及社会造成了沉重负担。导致下腰痛的主要原因为椎间盘退变（IDD）。目前针对IDD的治疗主要为对症处理，疗效欠佳。近期生物治疗引起广泛关注。目前公认：IDD主要表现为细胞外基质代谢紊乱（细胞外基质合成减少，分解增加），引起椎间盘含水量减少，进而导致椎间高度丢失等病理变化从而引起腰痛。近年来，硫酸软骨素（CS）作为保证髓核含水量的重要分子引起广泛关注，研究表明，CS在IDD中明显降低，但具体机制尚不清楚；我们的预实验结果提示，椎间盘退变时，CS合成过程中的关键酶CHSY-1表达降低，推测可能与IDD中CS含量下降相关；因此，本项目在前期工作基础上，拟进一步研究并明确转化生长因子β1对CHSY-1的调控机制及其在细胞外基质代谢中的作用，藉此为建立以干预CHSY-1延缓椎间盘退变的治疗策略提供实验依据和理论基础。

本项目主要针对椎间盘退变（IDD）进行病理生理机制学研究，最终目的为寻找生物治疗靶点。根据前期研究发现IDD中硫酸软骨素（CS）降低为IDD进展重要原因，而CHSY-1为CS合成过程关键酶，进一步寻找CHSY-1上游调控靶点以及明确CHSY-1在IDD中的作用对理解IDD中CS降低机制至关重要。通过本项目的实施，课题组在前期研究基础上针对IDD及正常椎间盘CHSY-1表达量进行多种分子生物学手段进行的多层次对比研究在国际上未见报道，首次发现CHSY-1基因在IDD髓核组织中表达下调。通过进一步研究，发现TGF-β位于CHSY-1调控之上游，且该调控是通过其受体发生在转录水平的；发现TGF-β可活化Smad通路，并通过Smad通路调控CHSY-1表达及CS合成；发现TGF-β可活化MAPK通路，并通过MAPK通路p38、ERK1/2、JNK调控CHSY-1表达及CS合成；发现MAPK通路下游AP-1/SP1转录因子也参与TGF-β对CHSY-1的调节。此外在转化应用方面，利用该数据结合临床样本对CHSY-1基因表达检测，提示CHSY-1对IDD同样具有诊断价值。课题组在本项目实施中共发表SCI论著2篇，为后续针对IDD发病机制的进一步深入研究奠定了重要的理论基础，也为今后IDD的生物治疗带来新的思路。