白藜芦醇调控巯醇抗氧化剂抗绝经后骨质疏松症的信号机制

According to the World Health Organization, postmenopausal osteoporosis (PMOP) is the leading cause of morbidity and mortality in the world and will continue to be the major cause of death in the world by the year 2020. Estrogen replacement therapy is beneficial to prevent bone loss in postmenopausal women. However, numerous studies have shown that estrogen replacement therapy itself may enhance the injury, resulting in surprisingly increased risks, notably of coronary heart disease, stroke and breast cancer in people who used estrogen replacement therapy. Resveratrol has gained attention as potential anti-inflammatory agents. but its role and signal transduction pathway in anti-pathogenesis of thiol antioxidants (enzymes) and reactive oxygen species (ROS) levels in bone have remained unexplored. At present, we are trying to answer how resveratrol regulates thiol antioxidants (enzymes) and ROS levels in bone, including: (1) Effects of resveratrol on activities, proteins and mRNA expressions of thiol antioxidants (enzymes) in bone, bone marrow and its cell components, and in osteoblasts and osteoclasts during differentiation. (2) Signaling mechanisms through which resveratrol regulates thiol oxidants in bone. (3) The relationship between regulation of thiol antioxidants and prevention of bone loss by resveratrol. It will provide us possibilities of finding more safe and effective ways that can replace estrogen to increase endogenous bone antioxidants (enzymes) and prevent bone loss.

课题组前期研究表明：白藜芦醇对绝经后骨质疏松症有一定的治疗作用。但白藜芦醇对成骨、破骨细胞中的内源性巯醇抗氧化剂(酶)的动态调节模式及其通过何种信号转导机制调控内源性抗氧化剂（酶）仍不清楚。本项目拟通过构建去卵巢大鼠体内动物模型、原代培养细胞、细胞系等体外细胞模型，研究白藜芦醇对骨组织中成骨、破骨细胞分化过程中调控内源性巯醇抗氧化剂中的关键酶与限速酶活性、蛋白质表达、mRNA表达的作用，并探讨白藜芦醇通过何种信号机制调控成骨、破骨细胞分化过程中巯醇抗氧化剂的关键酶与限速酶的表达，以及这些调控与白藜芦醇阻止骨丢失之间的关系。在分子、细胞及整体水平阐明白藜芦醇调控骨组织巯醇抗氧化剂的模式及基本机制，以期进一步寻找代替雌激素升高骨组织内源性巯醇抗氧化剂水平并抑制骨丢失的新途径。

白藜芦醇对成骨、破骨细胞分化过程中巯醇抗氧化剂(酶)的调节及其与成骨、破骨细胞分化的关系不清楚。在项目执行过程中，课题组开展了更加深入的机制学和生物可降解材料在骨缺损治疗研究内容，取得了较好的研究成果，完成以下方面的研究工作：① 通过对雌性 SD 大鼠双侧卵巢切除构建骨质疏松动物模型，同时给予雌激素及不同剂量的白藜芦醇治疗，探讨了雌激素及白藜芦醇的骨质疏松症的保护作用及其分子机制。② 不同浓度的白藜芦醇可能通过NF-κB 信号在翻译水平和转录水平上明显抑制了LPS 诱导的Raw 264. 7细胞炎性蛋白酶iNOS 和COX-2 表达，同时抑制细胞炎性因子IL-1β的上调进而抑制破骨前体细胞的激活，具有抗骨质疏松的作用。③ 不同浓度的 17β-E2 在翻译水平和转录水平上明显抑制了Hcy 诱导的细胞炎性蛋白酶和炎性因子与炎性信号蛋白 NF-κB 的上调， 17β-E2 抑制磷酸化的 IκB-α 和 CREB 蛋白表达上调及MAPKs 通路的激活，磷脂酰肌醇3激酶抑制剂 Wortmannin 能部分解除 17β-E2 对 Hcy 诱导的 Raw264.7 细胞激活的抑制作用。④ 白藜芦醇通过抑制mTOR的磷酸化，增加成骨细胞分化相关基因的表达，促进成骨髓来源的间充质干细胞和成骨前体细胞向成骨细胞分化。白藜芦醇通过降低的mTOR的磷酸化激活FoxO3，使FoxO3的磷酸化水平增加。后者进一步上调雌激素受体ERα的表达，从而促进成骨细胞的分化。mTOR/FoxO3/ERα信号通路在成骨细胞的分化过程中起重要作用。有趣的是，我们发现，白藜芦醇能促进成骨细胞的增殖。在这个过程中，白藜芦醇上调了mTOR的磷酸化，从而抑制FoxO3的活性，促进成骨细胞的增殖。⑤ 研究探索了一种新的柠檬酸基材料，所制备的聚（八亚甲基柠檬酸甘油磷酸酯）POC-βGPNa和POC-GPCa广泛可调的机械性能和降解速率以及成骨性能使得这些材料，特别是POC-GPCa非常适合骨组织工程应用。⑥ 利用柠檬酸化学基团的优势，采用一种简单有效的一锅合成法，开发了一种具有成像和治疗的多功能柠檬酸盐基生物材料平台。生物可降解的双成像电活性柠檬酸生物材料平台将扩大现有的热阳极材料系统，并通过演示的多功能性为多样化的生物医学和生物应用开辟新途径。