TGF-β/Smad2/3诱导血管内皮细胞向间充质干细胞转变并募集骨骼肌祖细胞致异位成骨的研究

Heterotopic ossification is a common complication of orthopaedic, and some new no-operation strategies for prevention recurrence of HO are urgently required. Mesenchymal stem cells and progenitor cells into osteoblasts with abnormal proliferation and differentiation are maybe the main causes of traumatic heterotopic ossification. It is still controversial and has not been clearly elucidated what the mesenchymal stem cells derive from, how progenitor cells appear in the damaged area, or what kind of cytokines play a key role. We consider that TGF-β2-induced endothelial-mesenchymal transition and TGF-β1-induced progenitor cell recuitment maybe result in heterotopic ossification in which Smad2/3 plays a signal conduction role. In addition, ER agonists tamoxifen can maybe inhibit the formation of heterotopic ossification through inhibition of Smad2/3. We will demonstrate these issues with clinical sample analysis, induced cell experiment and animal model experiment. If these hypothesis are proved correct, we can use some drugs (such as tamoxifen) to prevent EndMT or progenitor recruitment specially, and thereby prevent the formation of heterotopic ossification. This method has good treatment effect and low side effects, with important clinical significance.

异位骨化是骨科常见的并发症，目前尚无理想的非手术治疗方法。间充质干细胞等前体细胞向成骨方向异常增值分化，是产生创伤性异位骨化可能的主要原因。而这些前体细胞是如何出现在受损部位，以及它们由何转变而来，以及何种细胞因子发挥关键作用，至今仍存在争议，未得到明确的阐明。我们的课题认为主要有两个来源，一方面受损部位的血管内皮细胞在TGF-β2的作用下向间充质干细胞转变（EndMT），另一方面周围肌肉里的骨骼肌间充质祖细胞被TGF-β1募集到受损部位，TGF-β2和TGF-β1均通过Smad2/3发挥作用，而ER激动剂他莫昔芬有可能通过抑制Smad2/3而抑制异位骨化的形成。我们通过临床标本分析、细胞诱导实验和动物造模实验进行验证。如解决了这个问题，我们可以使用某些药物（比如他莫昔芬）特异性的阻止EndMT或祖细胞的募集，从而阻止异位骨化的形成。以期达到疗效佳、副作用小的效果，具有重要的临床意义。

创伤性异位骨化是骨科常见并发症，主要发生于骨折、关节置换和神经系统损伤之后，因其形成机制尚未完全阐明，目前无有效的治疗手段。间充质干细胞等前体细胞向成骨方向异常增殖分化，是产生创伤性异位骨化可能的主要原因。而这些前体细胞是如何出现在受损部位，以及它们由何转变而来，以及何种细胞因子发挥关键作用，至今仍存在争议。我们提出假设，一方面受损部位的血管内皮细胞在TGF-β2的作用下向间充质干细胞转变（EndMT），另一方面周围肌肉里的骨骼肌间充质祖细胞被TGF-β1募集到受损部位，TGF-β1和TGF-β2均通过Smad2/3发挥作用，而ER激动剂他莫昔芬有可能通过抑制Smad2/3而抑制异位骨化的形成。在本次研究中，我们构建了小鼠创伤性异位骨化模型，从分子、细胞和动物整体水平，证明TGF-β相关信号通路在创伤性异位骨化形成过程中确实发挥关键作用。临床样本和实验动物模型结果均表明，在异位骨化形成初期，血清中TGF-β1浓度升高，组织样本中信号通路相关蛋白高表达。敲除TGF-β受体或者给予TGF-β通路抑制剂或者给予ER激动剂他莫昔芬均可以阻止异位骨化的形成。TGF-β2通过Smad2/3参与内皮细胞的EndMT过程，半敲除TGF-β2后，小鼠跟腱异位骨化进展也被显著减缓。本研究为预防和治疗异位骨化提供新的实验基础，具有重要的临床意义。