微重力环境下microRNA对成骨细胞功能的影响及其机制研究

微重力环境引起的骨质丢失是航天员在航空航天活动中面临的最常见和严重的健康问题之一。研究表明，成骨细胞功能障碍是空间环境中持续性骨丢失的主要原因。然而，微重力引起成骨细胞功能障碍的分子机制目前仍不明确。文献证实miRNA参与了正常环境下成骨细胞分化的调控，但在微重力环境下miRNA如何影响成骨细胞功能尚无报道。我们在前期工作中利用芯片技术比较了小鼠成骨细胞MC3T3-E1 miRNA表达谱的改变，初步分析了重力敏感的miRNA。本课题拟在已有研究基础上，从基因转录后的表达调控入手，探索微重力环境下miRNA对成骨细胞功能的调控。课题将首先确定成骨细胞中对重力环境敏感的miRNA，证实它们对成骨细胞增殖、分化等功能的影响，进而通过寻找靶基因，探索miRNA在微重力环境下调节成骨细胞功能的机制。本研究将为阐明微重力引起骨质丢失的分子机制提供新的思路，为防治失重引起的骨质丢失提供新的策略。

空间长期重力环境的改变会引起机体多个系统的变化，目前尚没有办法对抗微重力引起的宇航员骨质流失，现在被普遍接受的观点认为微重力导致的骨丢失的主要原因是成骨的细胞分化障碍，但是导致成骨细胞分化障碍的分子机制并不完全清楚。miRNA是一类长度约18-25nt的小分子RNA，通过完全或不完全互补的方式结合于靶基因的mRNA的3’UTR，负向调控基因表达，许多研究认为，miRNA参与了对成骨细胞成骨过程的表达调控，是成骨细胞分化的重要的调节分子。本研究中我们以BMP-2诱导小鼠间充质多能前体细胞C2C12成骨分化为研究对象，探讨模拟失重状态下，成骨细胞分化过程中miRNA表达谱的改变，进而研究miRNA在失重性骨丢失中的作用及其分子机制。本研究的主要发现和结果如下：首先在细胞水平上检测微重力对成骨细胞分化的影响，证明微重力抑制成骨细胞分化和成熟；证明微重力环境可以引起成骨细胞miRNA表达谱的改变， Real-time PCR验证结果与芯片结果基本一致；证明miR-494可通过调节Runx2、BMPR2和FGFR2的表达抑制成骨细胞分化；并对miR-494的转录调控机制进行了初步研究，发现转录因子MyoD可能参与了对miR-494的表达调控。综上所述，本研究发现miRNA参与失重性成骨细胞功能异常的发生。其中，我们对表达上调的miR-494功能和作用机制进行了较为全面的研究，发现在模拟失重时miR-494表达升高，而且与失重时间正相关。体外实验证明，miR-494通过降低其靶基因BMPR2、FGFR2和Runx2的表达参与成骨细胞分化。过表达miR-494抑制成骨相关基因的表达，从而抑制骨形成；降低内源性miR-494表达则促进成骨分化，并且能够部分缓解由于失重引起的成骨分化障碍。该研究将对预防和治疗失重性骨质疏松提供理论依据。. 本课题严格按照项目计划书实施，课题整体进展顺利，已经基本完成预期目标。依据本课题的研究结果，课题组目前已经申请并获得一项国家发明专利（专利名称: miR-494抑制剂在制备抗骨钙丢失、促骨生成制剂中的应用，申请号：ZL201010535658.4），课题的主要研究成果已整理成文正在投送国际知名期刊。本课题在实施过程中培养博士研究生1名。课题经费严格按计划使用完毕。