褪黑素通过孤儿核受体RORalpha激活Wnt/beta-catenin信号通路在人BMSCs成脂肪和成骨分化中的作用机制研究

骨髓间充质干细胞（BMSCs）是脂肪和成骨细胞的共同前体细胞，成脂肪和成骨分化平衡对维持骨质稳定有重要意义。我们前期研究发现褪黑素能抑制MSCs成脂肪，同时显著促进成骨分化，但作用机制不明。褪黑素是孤儿核受体RORalpha（RORa）的天然配体。我们进一步研究发现BMSCs表达RORa受体，而且其特异性激活剂能促进BMSCs表达beta-catenin，并抑制成脂肪分化，这和褪黑素作用类似。因此，褪黑素对BMSCs成脂肪/成骨分化的作用是很可能是通过RORa-Wnt/beta-catenin信号转导通路介导的。本项目拟运用慢病毒介导的RNAi技术等证明褪黑素的作用是通过RORa介导，并进一步对褪黑素激活RORa后引起Wnt/beta-catenin信号改变及其与BMSCs成脂肪/成骨分化的关系进行研究。从而阐明褪黑素对成脂肪/成骨分化作用的分子机制，揭示褪黑素在维持骨质稳定的重要意义。

在基金资助的三年间，我们课题组围绕褪黑素与骨髓间充质干细胞（BMSCs）在骨软骨发育过程中的作用机制开展了一系列的研究，并取得了较好的成果，主要研究成果均已发表于SCI收录杂志Journal of Pineal Research（IF 9.6）中。.前期研究中，我们发现褪黑素能够促进BMSCs的成骨分化，在本基金的资助下，我们进一步开展了褪黑素促进成骨方面的应用研究。我们运用聚乳酸-羟基乙酸共聚物[poly(lactic-co-glycolic acid), PLGA]将褪黑素包裹为微米球 (PLGA -Melatonin microspheres)，从而构建一个褪黑素缓释系统，研究发现该系统能够在体外缓慢释放出褪黑素，并显著促进BMSCs的成骨分化。本研究成果为将褪黑素运用到临床工作、解决脊柱外科中加速脊柱术后融合等临床问题提供了重要的理论依据和研究前景。通过前期研究，我们明确了褪黑素能够抑制BMSCs的成脂分化，并且推测这种抑制作用是通过Wnt/β-catenin信号通路实现的。那么，在本基金的资助下，我们对该问题进行了进一步的深入探讨，并且证实了褪黑素对BMSCs成脂分化的抑制的确涉及Wnt/β-catenin经典信号通路的激活。在研究褪黑素促进BMSCs成骨分化后，我们进一步深入探讨褪黑素对BMSCs成软骨分化过程的调控作用及机制，并且我们研究发现，褪黑素能够显著促进BMSCs向软骨方向的分化，表现在以下几个方面：1)褪黑素的刺激下，BMSCs分化形成的软骨小球体积明显增大，尤其是在分化的早期；2)添加褪黑素显著促进糖胺多糖(GAG)的表达；3)番红O染色及免疫组化染色显示褪黑素显著促进了软骨标志蛋白II型胶原、X型胶原的表达；4)褪黑素能够显著上调软骨分化过程中标志基因ACAN、COL2A1、COL10A1、SOX9、RUNX2以及BMP2的表达。进一步，我们对褪黑素促进BMSCs成软骨分化的机制进行了探讨，并研究发现，褪黑素促进BMSCs成软骨分化的效应部分的是通过褪黑素膜受体介导实现的，结合本课题组前期的研究，表明了褪黑素对于骨骼系统的发育有重要的调控作用，有望在骨软骨的修复等方面应用于骨外科的临床实践中。.