硫化氢在衰老微环境中对间充质干细胞功能的影响及调控机制研究

Tooth loss is common in elder population which can lead to resorption of the tooth-bearing alveolus thus impacts the integrity and function of the alveolar process. Stem cell-based tissue engineering provides a new method for the repair and regeneration of alveolar bone defect. However, aging reduces the function of tissue resident and exogenous stem cells which impact the regeneration capacity of alveolar bone. Cell-extrinsic environment was reported to have the ability to restore the function of aged stem cells. However, currently little is known about the influence of age on mesenchymal stem cells function and stem cell-mediated bone regeneration. We have found that hydrogen sulfide (H2S) plays an important role in maintaining the function of stem cells. H2S level in stem cells derived from alveolar bone declines with age. The present study aims to investigate the role of H2S in mesenchymal stem cells aging and the underlying mechanisms. The capacity of H2S and its downstream molecules in facilitate bone regeneration will be examined using an aged rat alveolar bone defect model. The findings will provide a better understanding of the mechanisms involved in stem cell aging and suggest a novel therapeutic approach for the treatment of bone loss and other age-associated diseases.

老年人牙齿缺失率高，牙齿缺失后常引起大面积的牙槽骨吸收。干细胞介导的骨再生成为牙槽骨重建的新手段。在老年人的骨再生过程中，衰老微环境会削弱机体的再生能力和植入干细胞的功能从而影响牙槽骨的修复效果。研究表明，改善衰老干细胞的功能或调节宿主微环境可以促进干细胞的再生效果，但是目前，对于间充质干细胞衰老的机制以及如何通过调控衰老微环境来促进骨再生知之甚少。我们前期发现内源性硫化氢（H2S）的减少可影响间充质干细胞的生理功能，而且老年人牙槽骨来源的干细胞中H2S的产生减少，表明H2S参与维持干细胞的生理功能，H2S含量的减少可能与细胞衰老有关。本研究拟通过体外实验探讨H2S维持间充质干细胞生理功能和抗衰老的分子机制，并在衰老大鼠牙槽骨缺损模型中验证H2S及其下游信号分子在衰老微环境中促进骨再生的作用。本研究将为老年患者的干细胞治疗提供新的思路，并为干细胞介导的其他衰老相关疾病的治疗提供参考。

研究背景：老年人牙齿缺失率高，牙齿缺失后常引起大面积的牙槽骨吸收，影响牙槽骨的完整性和功能，从而影响后续缺牙修复效果。近年干细胞组织工程为牙槽骨缺损的修复和再生提供了一种新的方法，然而在老年人的骨再生过程中，衰老微环境会削弱机体的再生能力和植入干细胞的功能从而影响牙槽骨的修复效果。研究发现硫化氢(H2S) 作为一种重要的气体信号分子在维持干细胞功能方面起着重要作用，并有研究指出其与衰老关系密切。本研究旨在探讨H2S在间充质干细胞衰老过程中的作用及其机制。研究其促进衰老微环境中牙槽骨再生的能力，发现关键信号分子。为干细胞衰老的机制提供新的思路，并为老年患者骨缺损的恢复治疗提供新思路和方法。.研究方法：β-半乳糖苷酶染色、蛋白质印迹法、实时定量PCR、流式细胞术、碱性磷酸酶染色、茜素红染色、显微CT扫描以及大鼠牙槽骨缺损模型.研究结果：骨髓间充质干细胞(BMMSCs)表达CBS、CSE和MPST这三种H2S合成途径关键酶，产生一定量H2S存在于细胞质中并扩散到组织微环境中。骨髓间充质干细胞内H2S水平随年龄增长而下降。用CBS和CSE抑制剂羟胺(HA)和dl -丙炔基甘氨酸(PAG)阻断H2S的生成，降低微环境H2S含量，细胞衰老程度增加，速度加快。利用H2S缓释供体(GYY4137)增加H2S的生理水平可以显著抑制衰老进程，同时恢复部分干细胞成骨分化功能。同时大鼠牙槽骨缺损模型证实H2S在衰老微环境中促进骨再生。在此过程中Calcineurin-NFAT1信号通路被发现是主要调控信号之一，调控H2S诱导的衰老抑制作用。.研究结论：H2S通过Calcineurin-NFAT1信号通路在延缓BMMSCs衰老促进骨再生中发挥重要作用。