SPTBN1促进骨质疏松发生及其机制研究

Results from Genome-wide association study (GWAS) and proteomics, metabonomic, genomics, transcriptomics analysis of osteoporosis provide us with huge amount of data and information for investigating the molecular genetics mechanisms and pathogenesis of osteoporosis. In our preliminary research, using weighted gene co-express network analysis (WGCNA), we combined database from GWAS and transcriptomics, and screened out SPTBN1, a member of spectrin family as a candidate gene important for the pathogenesis of osteoporosis. Further analysis indicated that SPTBN1 inhibited osteoblasts differentiation in vitro and markedly upregulated in osteoblast of OVX osteoporotic mice model. SPTBN1 could also inhibit Smad3, but activate STAT1 pathway. This study aims to identify the role of SPTBN1 in the pathogenesis of osteoporosis by using clinical specimens and cellular and mice models with inducible, osteoblast-specific deletion of SPTBN1. The molecular mechanisms through which SPTBN1 inhibits osteoblast formation and promotes osteoporosis via modulating Smad3 and STAT1 signaling will be explored, and the molecules regulated by SPTBN1 important for regulation of bone metabolism will be screened out by RNA-sequencing and proteomics analysis. The study will provide previous unknown mechanism for the pathogenesis of osteoporosis and the potential therapeutic target for the prevention and treatment of osteoporosis.

GWAS与各种组学分析的数据为骨质疏松症的分子遗传与发病机制研究提供了大量素材，课题组在前期工作中运用加权基因共表达网络分析（WGCNA）分析方法，将骨质疏松GWAS数据与转录组学数据结合，筛选出β幽灵蛋白家族成员SPTBN1，进一步的研究发现SPTBN1可抑制成骨细胞体外分化，并在骨质疏松小鼠成骨细胞中表达显著上调，成骨细胞中SPTBN1可抑制Smad3、活化STAT1通路，提示SPTBN1可能是重要的骨质疏松致病基因。本项目拟通过可诱导、成骨细胞特异敲除SPTBN1基因的小鼠与细胞模型，结合临床骨质疏松标本，在分子、细胞与整体水平确定SPTBN1基因在骨质疏松发生中的作用；通过全基因表达谱测序与蛋白质组学技术，筛选出受SPTBN1基因调节的骨代谢调控分子，深入探讨SPTBN1促进骨质疏松的细胞与分子机制，为骨代谢调节机制增加新的观点，为骨质疏松防治提供潜在的药物靶点。

骨质疏松症是最为常见的一种骨代谢疾病，随着患病率逐年增长，已成为世界性问题，给社会和家庭带来严重的经济负担。明确骨质疏松症的发病机理，寻找新的药物靶点是防治骨质疏松的关键科学问题。我们在前期研究中发现，SPTBN1基因可能是骨质疏松的重要致病因子，但需要进一步通过体内、体外研究予以证实，其作用的分子机制也亟需深入地探讨。.因此，本项目开展多项研究工作，具体包括：（1）构建骨质疏松动物模型（绝经后骨质疏松小鼠模型及老年性骨质疏松小鼠模型）；（2）利用骨质疏松动物模型，比较分析SPTBN1基因沉默/过表达对于小鼠骨密度及骨形态学参数等方面的影响；（3）探讨SPTBN1基因与成骨细胞/破骨细胞的关联性；（4）研究SPTBN1调节成骨细胞分化的具体信号通路；（5）探索SPTBN1对调节血管形成的影响；（6）招募志愿者，建立研究队列。.通过这些研究工作，取得多项研究进展及重要结果，包括：（1）证实了SPTBN1基因分别与成骨细胞/破骨细胞前体的分化呈正相关/负相关；（2）成功构建了骨质疏松动物模型，通过在动物模型中上调/沉默SPTBN1，证实了SPTBN1基因与小鼠骨密度及骨形态学参数呈正相关,进而调节骨吸收与骨形成；（3）阐明了SPTBN1基因是通过TGF-β/Smad3信号通路促进成骨细胞分化；（4）证实了SPTBN1基因对股骨头的血液供应的影响；（5）完成了超过1000名志愿者的招募工作，收集了问卷、血清、尿液、骨密度、血生化临床检测指标等资料。.综上，本项目发现，SPTBN1基因可通过TGF-β/Smad3信号通路，分别促进/抑制成骨细胞/破骨细胞前体增殖与分化，调节骨骼的血液供应，影响骨代谢，是重要的骨质疏松致病基因，为骨代谢调节机制提供了新的认识，并为骨质疏松防治提供了新的药物靶点。