糖基化CD44分子实现脂肪来源干细胞靶向归巢并自分化成骨治疗骨质疏松的机制研究

骨质疏松症是以骨量减少、骨组织显微结构退化为特征, 以致骨的脆性增高而骨折危险性增加，其形成的核心机制是成骨细胞数量减少和（或）成骨能力下降，使骨矿物质吸收相对增加。应用干细胞治疗的方法，为骨骼靶向提供丰富的，具有活跃成骨能力的细胞也许能够延缓甚至逆转以上病理进程。本课题拟通过糖基工程技术改变脂肪来源干细胞（ADSCs）表面CD44分子糖原表型，使其能够和血管内皮细胞表面E-选择素结合，触发归巢过程；并通过CX43基因转染，使ADSCs与骨骼细胞发生缝隙连接，接受骨骼组织细胞旁分泌的调控，发生成骨分化并成骨。所得结果将为骨质疏松的干细胞治疗提供理论和实践依据。

近年来，脂肪来源干细胞（ASCs）的临床应用引起了科学家浓厚的兴趣。对于以干细胞为基础的组织工程学以及其他细胞治疗技术最艰巨的挑战之一，就是将具有活性的干细胞高效地输送至预定目的地。由于细胞表面缺乏相应的归巢分子，脂肪来源的干细胞的归巢效率极低，这也是影响其临床应用效果的主要原因。干细胞在骨髓中的聚集主要发生在持续表达E-选择素的骨髓微血管。而E-选择素是一种能够识别唾液岩藻决定簇的凝集素。通过研究，我们发现人脂肪来源干细胞表面不表达任何一种E-选择素配体，但是高表达具有α-2,3-唾液酸基团的CD44糖型分子。在适当的酶化条件，通过使用α-1,3-岩藻糖基转移酶，我们将细胞表面的天然CD44糖型分子转化成造血细胞E-选择素/L-选择素配（HCELL），并不对细胞活力、增殖以及多向分行能力产生负面影响前提下，赋予了细胞静止或流动状态下强大的E-选择结合能力。同时，我们在免疫缺陷小鼠的体内证实了高表达HCELL分子的脂肪来源的干细胞具有较强的归巢能力。移植12周后，我们只在回输了高表达HCELL分子的脂肪干细胞的小鼠颅骨中检测到少量的人来源成骨细胞。此外，我们推测归巢后的脂肪来源干细胞的成骨过程与静脉血管内皮细胞有关。因此，我们将两种细胞进行单独或共同培养。通过碱性磷酸酶和茜素红染色，我们发现共培养组细胞的成骨分化能力明显较其他组增高；骨钙素（OC）以及BMP-2的分泌量也较单独培养组明显提升；通过实时定量PCR技术，我们发现随着培养时间的增加，共培养组细胞中的成骨分化相关基因表达量不断升高，而成脂分化相关基因小幅降低。以上研究不仅提供了研究细胞相互作用的体外模型，而且证明了强行表达在细胞表面的HCELL分子可以赋予细胞向骨髓迁移；同时岩藻糖基化技术是一种能够显著提高干细胞归巢效率的方法，这无疑对广大接受干细胞疗法的患者带来了福音。