调控腱系分化的关键转录因子组合及其机制研究

本申请人前期利用胚胎干细胞构建了组织工程肌腱的模型（Stem Cells, 2009），但干细胞向肌腱系分化的知识缺乏。鉴于心肌与神经系分化研究揭示转录因子组合精确调控相应的组织分化，且本人前期研究显示转录因子SCX可促进但不足以决定ESC向肌腱系分化，因此，本研究拟探寻调控肌腱分化的关键转录因子组合及其相关机制。本课题应用前期成功构建的组织工程肌腱模型，通过肌腱分化报告系统来筛选肌腱相关转录因子，并探求相关细胞信号调控机制。本课题的研究，将预期明确肌腱分化的最佳转录因子组合，从而更准确有效地调控干细胞腱系分化，为肌腱再生提供理想的种子细胞，实现损伤肌腱的完全修复。

肌腱损伤是常见的运动损伤，临床常规治疗方法有理疗、手术缝合以及移植。近年来研究者开始尝试采用肌腱组织工程技术来治疗和修复肌腱缺损。不论是临床还是组织再生，修复后的肌腱存在很多问题，比如肌腱粘连，肌腱胶原纤维小，力学性能差等。实现肌腱修复再生存在困难的原因在于，对肌腱发育生物学的研究相对滞后，而发育生物学却为肌腱分化研究提供了线索。已有的肌腱韧带发育分化研究表明①SCX是肌腱祖细胞的标志，但目前从SCX+祖细胞到成熟肌腱的分化调控知识缺乏。②转录因子HOXA11，Mkx等在肌腱发育过程存在促肌腱胶原分泌及成熟现象。.本课题拟利用小鼠间充质干细胞及胚胎干细胞，通过基因工程手段来研究复合转录因子调控干细胞向肌腱祖细胞到成熟肌腱细胞的诱导分化。研究目的是找到关键转录因子，发现为肌腱分化调控提供新知识，并将通过更准确调控腱系分化为肌腱再生提供新种子细胞。同时，在研究转录因子功能基础上，本研究还研究了转录因子与其他诱导因素组合的作用。.本研究结果发现：1）研究了不同肌腱转录因子对干细胞向肌腱分化的作用。初步筛选发现该批转录因子组合对肌腱诱导效果不明显，而进一步研究发现，SCX, Mohawk, HOXA11三个转录因子中MKX对肌腱诱导成熟作用最强，组合并不能增强诱导效果。2）SCX是肌腱分化重要因子，在细胞3D培养情况下，可促进肌腱分化，部分抑制肌腱、软骨分化。3）SCX可协同力学刺激诱导肌腱分化，促进胶原纤维成熟，并抑制力学刺激的骨诱导作用。4）SCX与力学刺激可协同促进损伤肌腱再生。5）SCX与力学刺激的协同作用可能是通过BMP-Smad-Runx2通路起作用，SCX可抑制BMP通路及力学刺激诱导的BMP-Smad表达，并抑制Runx2入核，达到协同诱导分化作用。进一步研究力学刺激及SCX在促进肌腱修复及胶原纤维成熟的机制，阐明相关影响因素，可望精确调控组织工程肌腱成分而达到肌腱再生。.这些结果也表明，尽管目前已发现系列肌腱相关转录因子，但是肌腱诱导作用的组合并不在其中，根据目前的结果MKX和SCX认为是其中两个关键基因。但由于时间问题，进一步诱导和鉴定需要将是接下来的后续工作。该研究发现将为肌腱分化调控提供新知识，并将可能通过更准确调控干细胞腱系分化为肌腱再生的新的种子细胞和手段。