基于BMP-2/MAPK通路骨碎补总黄酮干预模拟失重下成骨细胞功能分化的机制

Space flight-induced bone loss is rapid and serious .Drug protection is one of the primary means. Drynaria promote bone formation and promote osteblasts proli -feration and differentiation significantly on ordinary ground. No Drynaria mech anism for prevention of bone loss has been reported about the conditions of weigh -tlessness.Applicant found that Drynaria promote the role of bone marrow mesenchy -mal stemcells to differentiate into osteoblasts under simulated weightlessness and significantly increased bone morphogenetic protein (BMP-2 ) expression.So we pu -t forward to hypothesis: Drynaria promote bone formation by under simulated we -ightlessness. The project intends to use isolate and culture rat bone marrow mesenchymal stem cells and induce them into differentiated osteoblasts. Under simulated weightlessne -ss study：1, Osteoblasts' structure,function and several known autocrine factorleve -ls in conditioned medium will be detested. 2 ,Drynaria intervene mesenchymal stem cell differentiation into osteoblasts to affect proliferation, differentiation, cell cycle and mineralization. 3, Drynaria promote Mesenchymal stemcells differ -entiat osteoblasts and their key net proteins,and network of key molecules needs to be verified by BMP-2/ MAPK pathway with protein group data. Chinese pharmacol ogy and bone loss mechanisms in space is expected to provid and support techni -cally.

空间飞行引起的骨丢失是快速而严重的，药物防护是主要手段之一。在普通地面上，骨碎补促进骨形成、对成骨细胞增殖、分化有明显作用。有关失重条件下骨碎补防治骨丢失的机制研究未见报道。申请者前期研究发现模拟失重条件下，骨碎补促进骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化作用，明显提高骨形态发生蛋白（BMP-2）表达。因此我们提出假说：失重下骨碎补经BMP/MAKP通路促进骨形成。 本项目拟用分离培养大鼠骨髓间充质干细胞诱导分化成骨细胞，在回转器模拟失重下：研究1、"成骨细胞的自身结构，功能的变化及其条件培养基中几种已知自分泌因子含量的变化；2、骨碎补干预成骨细胞增殖、分化、细胞周期及矿化的影响；3、结合成骨细胞转录组学、蛋白质组学数据完成模拟失重条件下，骨碎补经BMP-2/ MAPK通路对成骨细胞分化中分泌的一些关键蛋白的网络构建和关健调节分子的功能验证。为中药药理和空间骨丢失机制的阐明提供理论和技术支持。

骨髓间充质干细胞作为干细胞，具有向成骨细胞和破骨细胞分化的能力，有研究显示骨碎补和其它中药中的黄酮类物质可以干预骨髓间充质干细胞增殖，调控骨髓间充质干细胞的进一步细胞生物行为功能分化。主要研究内容为分别在正常重力状态下及模拟失重环境下骨碎补总黄酮对鼠间充质干细胞向成骨细胞分化中的细胞结构和功能的变化规律。主要包括失重条件下骨碎补总黄酮对间充质干细胞向成骨细胞分化的主要指标含量变化、成骨细胞功能对骨形成的影响以及间充质干细胞向成骨细胞的细胞增殖、分化能力及相关MAPK信号传导通路的变化规律；通过相关实验及结果得出：模拟失重对成骨细胞增殖有明显抑制作用，骨碎补可明显促进成骨细胞的分化和成熟，促进胶原蛋白的合成；骨碎补对体外模拟失重条件下成骨细胞骨钙素含量的影响：能明显促进成骨细胞骨钙素含量；且增殖能力随药物浓度增加。失重条件下，重力对细胞的的机械性刺激减少，可导致MAPK/ERK第二信使通路激活减少，目前研究表明ERK1/2通路调节多种细胞的分化。TFDF可促进成骨细胞的分化成熟，其作用机制可通过激活ERK通路实现；骨碎补可促进模拟失重状态下成骨细胞的增殖，其作用机制可能是通过抑制JNK通路实现；骨碎补在失重下可促成骨细胞增殖，其机制与ERK通路激活相关；失重下骨碎补能激活 MAPK/ERK 通路促间充质干细胞向成骨细胞增殖、分化成熟；骨碎补总黄酮可能是通过抑制JNK通路促进失重下间充质干细胞增殖；模拟微重力下骨碎补中剂量组对成骨细胞破骨细胞共培养中成骨细胞增加ALP、OPG、Runx2表达，促进分化及增值。本实验通过观察骨碎补总黄酮对模拟失重状态下间充质干细胞对成骨细胞增殖表达的影响，探索在失重调节下骨碎补总黄酮对骨代谢机制可能的作用靶点、信号传导通路、途径，为以后进一步深入科学研究和探索失重条件下的成骨细胞影响和骨代谢开辟了一个良好的开端,为航天医学、中药学及骨科学的交叉学科领域的研究提供技术支持。本实验还存在着一定的局限性，所以期待以后更深入的科学研究和论证。发表核心期刊论文5篇，.获专利一项，带研究生6名，参加国际会议并作发言2次，国内会议两次。