Runx家族在梅花鹿茸角再生过程中的作用及调控机制

Deer antlers are the only mammalian appendages capable of repeated rounds of regeneration and the ideal animal model to study mammalian organ regeneration and wound healing. The Runt-related transcription factor (Runx) family includes Runx1, Runx2 and Runx3, and plays an important regulatory role in the process of chondrocyte differentiation and maturation. However, the roles of Runx family in deer antler regeneration have not been reported until now. This project takes sika deer as an object of study to examine the expression of Runx1, Runx2 and Runx3 in antlerogenic periosteum and deer antlers in different developmental stages using in situ hybridization, immunohistochemistry, etc. The relationships between the expression of these molecules and sika deer antler regeneration will be explored. The mesenchymal layer cells and chondrocytes in sika deer antlers will be separated and the effects of Runx1, Runx2 and Runx3 on deer antler regeneration will be examined by gene overexpression, RNA interference and other methods in order to reveal the regulation mechanism of Runx family to deer antler regeneration. These results will provide important theoretical basis for further verifying the molecular mechanism of deer antler development and regeneration, increasing yeild of deer antlers, establishing animal model for mammalian organ regeneration and wound healing, developing and utilizing deer antler resources in China.

鹿茸角是哺乳动物唯一在失去后还能完全再生的器官，是研究哺乳动物器官再生及创伤修复的理想动物模型。成骨特异性转录因子(Runx)家族包括Runx1、Runx2和Runx3三个成员，在软骨细胞分化及成熟过程中起重要的调节作用。然而，Runx家族在茸角再生过程中的作用目前尚未见报道。本课题以梅花鹿为研究对象，通过原位杂交、免疫组织化学等方法对Runx1、Runx2和Runx3在生茸骨膜及不同生长阶段茸角内的表达进行研究，探讨这些分子在梅花鹿茸角内的表达及与茸角再生的关系；分离鹿茸间充质细胞及软骨细胞，通过基因过表达、RNA干扰等方法研究Runx1、Runx2和Runx3在茸角再生过程中的作用，揭示Runx家族对茸角再生的调控机理。这些研究结果将为进一步探明鹿茸角发育与再生的分子机理、鹿茸产量的提高、哺乳动物器官再生及创伤修复动物模型的建立、充分开发和利用我国的梅花鹿鹿茸资源等提供重要的理论依据。

本研究利用原位杂交、免疫组织化学、RNA干扰、基因过表达等技术，研究RUNX在梅花鹿茸角中的表达及其对鹿茸软骨细胞增殖与分化的影响，探讨RUNX与IGF1、IRS1/2、RA、CRABP2、CYP26A1、CYP26B1等间的相互关系。结果发现，RUNX1、RUNX2和RUNX3 mRNA及蛋白均表达于鹿茸间充质细胞和软骨细胞中。在培养的鹿茸软骨细胞中添加rRUNX1，肥大前软骨细胞标志分子IHH和OSX的表达显著减少，而转染RUNX1 siRNA后，IHH和OSX的表达显著增加，提示RUNX1可抑制鹿茸软骨细胞向肥大前软骨细胞分化。在鹿茸软骨细胞中，IGF1可促进软骨细胞的增殖与分化，诱使S期细胞增多；而IRS1/2则可抑制鹿茸软骨细胞的分化。进一步研究发现，RUNX1可介导IGF1和IRS1/2对鹿茸软骨细胞分化的调控。沉默IRS1或IRS2后再添加rIGF1，IHH和OSX在鹿茸软骨细胞中的表达显著增加，而RUNX1的表达显著减少，提示IRS1/2可作为IGF1的下游靶分子来介导其对RUNX1表达的调控。同时，ATRA可通过BMP2来促进RUNX1的表达。在鹿茸软骨细胞中，rRUNX2可促进软骨细胞的增殖活性，增加肥大软骨细胞标志分子COL X的表达；而转染RUNX2 siRNA后，COL X的表达显著减少，提示RUNX2可促进鹿茸软骨细胞向肥大软骨细胞分化。与此相反，RUNX3可抑制鹿茸软骨细胞的增殖与分化。在鹿茸软骨细胞中，13cRA可抑制RUNX3的表达；沉默RUNX3可增强13cRA对肥大软骨细胞标志分子COL X表达的促进作用。CRABP2可增强13cRA对鹿茸软骨细胞的分化及RUNX3表达的调控，而CYP26A1和CYP26B1可减弱鹿茸软骨细胞对13cRA的敏感性。研究结果可为进一步探明梅花鹿茸角再生的调控机理提供依据。