力学敏感MicroRNA在张力诱导终板软骨退变中的作用机制

Mechanical signaling play a very important role in the process of cartilage proliferation and degeneration. Our previous studies have shown that mechanical tension can induce the degeneration of interverterbral disc and endplate cartilage, also found that there were significant differences in the miRNAs expression of the human cervical endplate chondrocytes after mechanical tension application (eg miRNA365a, miRNA337, etc.), and closely related to the endplate cartilage degeneration induced by tension, overexpression of miRNA365a can significantly relieve the endplate cartilage degeneration; furthermore, our study found that tension stimulation can alter target genes and some signaling pathways, and closely related to miRNA expression. On the basis of previous important discovery, we will further explore the target genes of mechno-sensitive miRNA, and clarify the mechanism of mechno-sensitive microRNA in the endplate cartilage degeneration induced by mechanical tension by in vitro cell culture, a whole culture and in vivo in New Zealand white rabbits. Then we investigate whether regulate miRNA and the relative target genes can delay or impede the process of endplate cartilage and disc degeneration. This research will provide a new theoretical basis for the prevention and cure of intervertebral disc degeneration.

力学刺激在软骨的增殖和退变过程中都具有极为重要的作用，我们前期研究表明持续张力刺激可诱发椎间盘及终板软骨退变，同时发现张力加载前后人颈椎终板软骨细胞中miRNAs表达存在明显差异（如miRNA365a、miRNA337等），体内及体外验证发现其与张力诱导的终板软骨退变密切相关，上调miRNA365a能明显减轻终板软骨退变；进一步研究发现，张力刺激后下游靶基因及相关信号分子都发生相应的变化，且与miRNA的表达密切相关，然而具体调控机制不明。本课题拟在前期工作的基础上以终板软骨体外细胞、体外器官及体内张力诱导模型为对象，明确力学敏感miRNA的靶点，以张力诱导降调的miRNA365a为重点，研究力学敏感miRNA在张力诱导的终板软骨退变过程中的调控机制；进而通过调控miRNA及相关靶基因，观察其对终板软骨退变的控制以及对延缓椎间盘退变的影响。本研究将为椎间盘退变的防治提供新的理论依据。

力学刺激对于维持软骨正常功能发挥着举足轻重的作用。因此，如何提高终板软骨细胞的抗应力能力，防止终板软骨细胞发生退变，可能是延缓或逆转终板软骨退变的关键。MicroRNAs（miRNAs）是一类内源性非编码小RNA，通过靶向结合特定mRNA的3′非翻译区（3′- UTRs）来负调控基因表达。大量研究显示miRNA在软骨退变和分化进程中扮演重要调控作用。然而，在张力诱导软骨退变进程中miRNAs是否也发挥重要调控作用，迄今为止国内外的相关文献少见报导。课题组在前期研究中利用基因芯片技术初步筛选出具有差异表达的张力敏感性miRNA分子，并通过功能预测进一步锁定miR-365和miR-455-5p。随后，以张力载荷下miR365/HDAC4偶联对椎体终板软骨细胞退变的影响为主线，深入探索了miR365a在张力载荷诱导终板软骨细胞退变中的差异性表达变化及其对靶基因HDAC4表达的调控机制，观察其对终板软骨细胞退变的影响。同时，以张力载荷下TGF-β/Smad/miR-455-5p/Runx2信号级联对椎体终板软骨细胞退变的影响为主线，深入探索了miR-455-5p在张力载荷诱导终板软骨细胞退变中的差异性表达变化及其对靶基因Runx2表达的调控机制，以及TGF-β/Smad信号通路对上述分子表达的调控作用。最终发现，张力载荷通过miR365a/HDAC4/β-catenin与TGF-β/Smad/miR-455-5p/Runx2两条作用途径调控终板软骨细胞退变，这为以miRNA为切入点改善和治疗终板软骨退变进而治愈椎间盘退变提供了明确的干预途径和药物作用靶点。此外，课题组结合前期研究及国内外研究进展，成功提取并鉴定了大鼠髓核、纤维环以及终板软骨干细胞，并初步构建出具有高度生物相容性的干细胞生物支架，这为未来椎间盘组织工程修复提供了可靠的“种子细胞”和“细胞载体”。