还原氧化石墨烯-白藜芦醇纳米复合体干预骨关节炎软骨退变的分子机制研究

Osteoarthritis (OA) is the one of the most important reason to the aged disability and pain, which is mainly ascribed to the chondrocyte apoptosis and the changes of cytoskeleton and function. There is no drug or treat to cure OA by altering the degradation of cartilage. In just accomplished NSFC projects, we revealed the novel protection mechanisms of resveratrol (RV) against chondrocyte apoptosis, and developed a reduced nanosized graphene oxide loaded resveratrol (NrGO/PEG-RV) with great biocompability and high photothermal effect. This project aims to reveal the molecular mechanisms by which NrGO/PEG-RV intervening the cartilage degradation of OA in vivo and in vitro. In combination with histological examination and modern molecular biology techniques, we are going to use atomic microscopy and fluorescence resonance energy transfer (FRET) microscopy to study the regulation mechinsim of NrGO/PEG-RV on protein-protien interaction in single living chondocytes, and to reveal the the morphology, membrane structure, cytoskeleton and nanometer mechanics of chondrocytes at nanometer scale in live cells chondocytes. These studies will provide some insights into the early molecular events and signal transduction of cartilage degradation, thereby providing important cues for devloping novel drugs for the early diagnosis and treatment of OA.

骨关节炎（OA）是导致老年人残疾及疼痛的主要原因之一，软骨细胞凋亡及其骨架结构改变是OA的主要发病机理。目前缺乏通过干预软骨退变治愈OA的有效药物或方法。在前期承担的国家自然基金项目中，申请人研究了白藜芦醇（RV）抑制软骨细胞凋亡的分子机理，并构建了水溶性好、低毒的还原氧化石墨烯-RV纳米复合体（NrGO/PEG-RV）。本项目拟从体外细胞试验及体内OA动物模型层次研究NrGO/PEG-RV抑制软骨细胞凋亡和干预动物OA软骨退变的分子机理。结合分子生物学技术，采用原子力显微术和荧光共振能量转移等技术研究NrGO/PEG-RV抑制软骨细胞凋亡的分子调控机理和探讨NrGO/PEG-RV关节腔注射对OA动物模型关节软骨组织、细胞形貌、细胞骨架及其纳米机械性质的影响，揭示NrGO/PEG-RV干预OA软骨退变的早期分子机理，为临床治疗OA寻找新靶点、开发新型纳米给药系统和监测OA的进展提供依据。

按照项目计划研究内容和方案，从体外细胞试验及体内OA动物模型层次研究了还原氧化石墨烯-白藜芦醇纳米（PEG-RNGO/RV）复合体干预骨关节炎软骨退变的分子机制。在本项目的资助下，发表SCI收录论文13篇。主要成果如下：.1、证实了PEG-RNGO可以高效且稳定装载RV，PEG化程度是影响PEG-RNGO装载RV的最重要的因素,PEG-RNGO/RV可以对抗SNP引起的软骨细胞凋亡，并与单体的RV保护软骨细胞效用相当。采用PEG-RNGO/RV复合体，辅以光热治疗可有效干预骨关节炎软骨退变，但PEG-RNGO/RV关节腔注射的保护效果并未优于RV。SNP一直被作为NO供体用于研究NO诱导软骨细胞凋亡的分子机制，但我们研究发现，白藜芦醇保护SNP诱导的软骨细胞凋亡的机制是通过抑制SNP诱导的活性氧族的产生，而非抑制了硝普钠诱导的NO产生，因此，我们推测SNP诱导软骨细胞凋亡并不依赖于NO，首次明确了从SNP分解产生的铁离子和过氧化氢之间的芬顿反应而产生的羟基自由基是SNP诱导的软骨细胞凋亡的决定性因子，该研究成果对进一步揭示软骨细胞凋亡的精确分子机理和关节炎疾病的发生机制及其治疗新方法具有重要的指导意义。白藜芦醇和白藜芦醇纳米脂质体通过抑制SNP诱导软骨细胞ROS，H2O2和Fe2+的产生，对软骨细胞产生保护作用。构建了可以超灵敏检测MMP9的基于氧化石墨烯的荧光共振能量转移纳米探针，为其可能应用于MMP9相关疾病的早期诊断提供参考依据。研究了的金纳米颗粒对软骨细胞的毒性及其相关机理，为其作为药物或药物载体用于关节炎的研究提供参考资料。以上研究结果发表在Free Radic Biol Med, Appl Nanosci和Nanoscale Res Lett等SCI收录期刊。.2、本研究采用FRET及FRET双杂交技术，从活细胞、蛋白层面分析Beclin-1和Bcl-XL的化学计量比以及寡聚体形式，为细胞自噬和凋亡的交叉信号转导提供理论基础。探究了BCL-XL逆转位的究竟是BAK单体还是BAK寡聚体。定量研究了Bcl-xl，Bax，tBid和Bad四个Bcl-2家族蛋白分子之间的调控网络。相关结果发表在Biochem Biophys Res Commun., Cell Signal.及Cell Mol Life Sci.等SCI收录期刊。