SPARC对肌腱发育与腱病的影响以及通过integrin/beta-catenin调节肌腱细胞功能的研究

Secreted Protein Acidic and Rich in Cysteine (SPARC) is a matricellular protein known to play an essential role in collagen assembling and fibril aggregation during ECM turnover, however the role of SPARC in tendon formation is currently unknown. We have recently uncovered for the first time that tendons from SPARC gene knockout (SPARC-/-) mice display significantly decreased tissue mass, reduced fibril bundle diameter and thus compromised mechanical integrity. Based on these intriguing and novel observations, we propose that SPARC is a critical regulator of tendon development, homeostasis and function. The specific aims of this study are to examine the development, structure and function of tendon in mice lacking SPARC; investigate the role of SPARC on tendon cell fate and tendon-like tissue formation; determine the impact of SPARC on Achilles tendinopathy in a mouse model; and dissect the molecular mechanism of SPARC on tenocyte through the regulation of integrin/beta-catenin signalling pathway. We anticipate that this comprehensive proposal will provide novel insights into the role of SPARC in tendon development, function, homeostasis and tendinopathy. This work will enable us to achieve a translational approach to the treatment of tendon degeneration will be achieved.

SPARC是结缔组织细胞外基质中重要的基质-细胞介导因子，在细胞外基质参与胶原蛋白的组合以及纤维的聚集。SPARC基因缺失小鼠中肌腱韧带体积及胶原纤维束直径较正常小，生物力学性能差，肌腱细胞转录因子表达下调，提示SPARC参与肌腱发育与细胞功能。本研究利用SPARC基因敲除小鼠模型，研究SPARC在肌腱正常发育过程和细胞分化命运决定中的作用；借助循环动力生物培养系统，探讨SPARC参与肌腱祖细胞（TPCs）分化及组织细胞外基质组装的角色；结合肌腱损伤模型，研究SPARC在预防治疗腱病中的作用；并且利用先进的分子生物学实验手段，探讨SPARC通过integrin/beta-catenin信号通路调节肌腱细胞功能的机制。从而进一步阐明肌腱生理病理特性，增进对肌腱生物性能的了解，探讨肌腱组织再生及修复的机制和针对肌腱退行性变的治疗和预防措施，为今后临床技术转化提供思路和依据。

富含半胱氨酸的酸性蛋白（SPARC）是肌腱组织中重要的基质-细胞介导因子，调节细胞外基质与肌腱内细胞的相互作用。我们发现SPARC在胚胎阶段对肌腱的发育没有明显影响，其主要对肌腱的成熟起作用。在小鼠三周大，开始能够自主爬动的时候，肌腱承受的力学刺激开始增加，SPARC缺失型的小鼠肌腱出现发育不良的问题。通过组织学分析可见，肌腱发育不良的表型是从出生后三周开始出现。通过小鼠跑步机模型实验我们发现，SPARC缺失型小鼠经过锻炼后会发生跟腱断裂和跟腱变小，而野生型小鼠跟腱大小却轻微增加。我们在体外构建了3D单向力学刺激模型，从而模拟小鼠肌腱的受力拉伸情况分析细胞内信号通路的激活情况。我们发现正常情况下单向拉伸会引起细胞的内AKT蛋白活化从而激活下游负责蛋白合成的S6K最终使肌腱干细胞成肌腱细胞分化并生成一型胶原。但是在SPARC缺失型小鼠中我们发现即使AKT能被活化，S6K的磷酸化却被抑制从而导致一型胶原无法被合成，最终引起了跟腱变小和断裂。临床上，通过收集肩袖韧带撕裂的病人样品并且对其血液样品进行测序，我们发现在全部49例病人样品中，有8例存在C.388点突变。C.388点突变引起了SPARC蛋白结构中一个二硫键无法形成，有可能减低SPARC蛋白的稳定性，从而使其功能受损。本项目通过对SPARC转基因小鼠和临床病理收集研究，阐明了SPARC是力学刺激的感受蛋白，SPARC的突变有可能是肌腱损伤的一个潜在致病因素。