神经轴突导向分子SEMA3A对大鼠牵张成骨的影响及其机制研究

Distraction osteogenesis (DO) is a new technique for correction of bone hypodevelopment and defect. However, DO is usually accompanied by long treatment period, even bone ununion or fracture, which restrict its wide application. It is a big challenge for researchers to explore effctive methods to enhance bone formation and shorten the treatment period of DO. In previous studies, both anti-resorptive and anabolic agents have been used to enhance DO. Recently, the dual effects of SEMA3A to inhibit bone resorption and promote bone formtion have been demonstrated, as well as the effect of SEMA3A on angiogenesis when it binds to its receptor NRP1. In this study, rat tibia DO model was used to investigate the spatial and temporal expression of SEMA3A and its receptors, and to study the effect of increased or decreased SEMA3A on bone formation during DO; we also analyze the possible mechanism of the effect of SEMA3A on DO. This study may not only contribute to the knowledge of the molecular mechanism of DO, but also provide experimental evidence for shortening the treatment period of DO by regulating SEMA3A.

牵张成骨（DO）是一种矫正骨发育不足或骨缺损的新技术。目前，DO还存在疗程长、易发生骨不连和骨折等缺点，限制了其广泛应用。如何有效促进牵张间隙内的新骨形成，缩短固定期，是学者们孜孜以求但尚未解决的难题。前期研究多采用抑制骨吸收或促进成骨的方法增强DO的效果；近期研究发现，神经轴突导向分子SEMA3A具有抑制骨吸收和促进成骨的双重骨保护作用，SEMA3A与其受体NRP1结合还可能影响骨创愈合过程中的血管新生。本项目拟利用大鼠胫骨牵张成骨模型，研究SEMA3A及其受体在牵张间隙内的时空表达规律，探索在基因和蛋白水平上增强或抑制SEMA3A对牵张成骨的影响，并利用骨髓间充质干细胞力学加载实验，分析SEMA3A影响牵张成骨的可能分子机制。本项目的开展，不仅有利于深化认识DO的分子机制，还可能为利用SEMA3A缩短DO疗程提供实验依据。

牵张成骨（DO）是一种矫正骨发育不足或骨缺损的新技术，由于具有同期延长软组织、不需要开辟第二术区等诸多优点，牵张成骨技术在矫正骨发育不足、骨缺损、骨不连等畸形方面具有广泛的应用前景。目前，DO还存在疗程长、易发生骨不连和骨折等缺点，限制了其广泛应用。如何有效促进牵张间隙内的新骨形成，缩短固定期，是学者们孜孜以求但尚未解决的难题。本项目按照预定研究计划，利用大鼠胫骨牵张成骨模型，检测了SEMA3A及其受体在牵张间隙内的时空表达规律，分别探索了增强、抑制SEMA3A的表达对牵张成骨的影响，利用骨髓间充质干细胞力学加载实验，分析了SEMA3A影响牵张成骨的可能分子机制。研究结果发现，SEMA3A与其受体Neuropilin-1、协同受体Plexins A1的表达具有时空同步性，三种蛋白均在牵张间隙内呈现高表达，而在相同部位的正常骨组织内呈现低表达；在牵张间隙内增强SEMA3A的表达对牵张成骨具有促进作用，而抑制SEMA3A的表达对牵张间隙内的成骨具有抑制作用，说明SEMA3A是一种与成骨作用正相关的调控蛋白；在力学加载状态下，SEMA3A的加入可以促进骨髓间充质干细胞（BMMSCs）的成骨向分化，并抑制BMMSCs的成脂向分化，说明调控BMMSCs 的分化可能是SEMA3A影响牵张成骨的机制之一。本项目的开展，不仅有利于深化认识DO的分子机制，还可能为利用SEMA3A缩短DO疗程、提高牵张成骨质量提供实验依据。