催产素调节骨代谢相关miRNA的筛选及其作用机制研究

针对骨质疏松症已成为世界性公共卫生问题，本项目在先期首次证明催产素对骨代谢具有直接调节作用的基础上，以当今生命科学领域研究热点之一的miRNA为切入点，利用先进的SOLiD高通量测序技术检测miRNA表达谱，筛选出催产素作用后在小鼠骨髓成骨细胞和破骨细胞中表达显著变化的miRNA，并从中选取2～3个候选miRNA，分别运用生物信息学软件与报告基因系统预测和验证其作用的靶基因，再通过过表达和抑制表达方法，研究其对成骨细胞和破骨细胞分化的影响。本项目预期将揭示参与催产素调节骨代谢的相关miRNA及其作用机制，从而为进一步阐明催产素调节骨代谢的分子机理，完善对miRNA功能的认识提供新的理论根据，研究中筛选出的候选miRNA将可能成为骨质疏松症诊断的新标记及新药研发的新靶标，为骨质疏松症的防治另辟新径。

在先期首次证明催产素对骨代谢具有直接调节作用的基础上，本项目进一步从miRNA角度探讨催产素对骨代谢的调控机制。实验利用Ion Torrent测序系统检测miRNA表达谱，筛选出了miR-200a-3p等18个miRNA作为催产素调节成骨细胞分化的候选miRNA，并预测了靶基因。测序结果结合文献报道提示催产素可能通过下调miR-200a-3p、miR-135a-5p、miR-338-3p、miR-338-5p来刺激BMP-2、Dlx5、Smads1/5及下游转录因子Runx2的表达，从而促进成骨细胞分化成熟，其具体信号通路有待实验验证。本研究中筛选出的候选miRNA将有可能成为骨质疏松症诊断及新药研发的新靶标。为促进将催产素对骨代谢影响的基础研究成果早日应用于临床，本项目进一步开展了催产素调节骨代谢的整体动物实验验证工作。研究结果表明催产素腹腔注射能提高去势小鼠的骨密度，通过提高成骨相关基因Osteopontin、Runx2和Osterix的表达促进成骨细胞的分化和矿化。此外，项目组还开拓了PLA/γ-Fe2O3复合膜对成骨细胞和破骨细胞作用的初步研究。结果显示γ-Fe2O3磁性纳米基底能促进成骨细胞分化但抑制破骨细分化，主要通过上调BMP-2的表达使其下游转录因子Runx2的表达增加从而促进成骨细胞分化，且在组装基底的拓扑结构、剩磁作用及磁性粒子间相互作用等综合因素的影响下使成骨细胞分化随基底组装场强的增大而增强。而PLA/γ-Fe2O3复合膜同样能促进成骨细胞的增殖与分化，如进一步利用纳米材料的磁/热疗、载药等功能将有望开发一种集骨修复和载药治疗为一体的新型骨支架材料。其次，本项目还开展了基于代谢物拉曼信号分析的骨质疏松监测研究，利用拉曼光谱检测小鼠代谢物（尿液、粪便）的特征谱线。结果显示去势小鼠与正常小鼠在第5-8周有显著差异，且拉曼光谱比骨密度能较早地检测出其差异，提示拉曼光谱检测可作为一种灵敏便捷的骨质疏松早期诊断方法之一。总之，通过本项目的研究，为骨质疏松症的发病机制、诊断及治疗均提供了新的思路和理论依据。