滑膜间充质干细胞外泌体lncRNA-GAS5抑制骨关节炎软骨细胞凋亡的机制研究

Inhibition of chondrocyte apoptosis is a hot and difficult point in the treatment of osteoarthritis (OA). Mesenchymal stem cell has a significant effect on the inhibition of chondrocyte apoptosis at the cellular level, however, the poor effect in vivo restrict its clinical application for the patients with OA. Our previous study found that synovial mesenchymal stem cell exosome(SMSC-exosome) could effectively inhibit chondrocyte apoptosis in OA mice. Chips screening showed that the expression of SMSC-exosomal-lncRNA-GAS5 was decreased in OA patients. Meanwhile, rapamycin, a mTOR inhibitor, could improve SMSC-exosomal-lncRNA-GAS5 expression level. In addition, upregulation of chondrocyte lncRNA-GAS5 expression can inhibit the cell apoptosis. Therefore, we propose a scientific hypothesis that inhibition of mTOR expression can increase SMSC-exosomal-lncRNA-GAS5 level and promote exosome mediated "communication" between SMSC and chondrocyte in order to transport lncRNA-GAS5 to chondrocyte, thereby inhibiting the apoptosis of OA chondrocyte. This project intends to explore the effect and molecular mechanism of SMSC-exosomal-lncRNA-GAS5 on chondrocyte apoptosis from clinical, in vitro cell and animal model, which will provide new ideas for the application of SMSC in the treatment of patients with OA.

抑制软骨细胞凋亡是骨关节炎（OA）治疗研究的热点和难点。间充质干细胞在细胞水平抑制软骨细胞凋亡作用显著，但体内效果欠佳，成为其用于OA治疗的瓶颈。我们前期发现：滑膜间充质干细胞外泌体（SMSC-exosome）可有效抑制OA小鼠软骨细胞凋亡；芯片筛选表明OA患者SMSC-exosomal-lncRNA-GAS5表达降低，细胞实验证明mTOR抑制剂雷帕霉素可提高其水平；此外，上调软骨细胞lncRNA-GAS5表达可抑制其凋亡。因此，我们提出抑制mTOR可提高SMSC-exosomal-lncRNA-GAS5水平，促进exosome介导的SMSC与软骨细胞“通讯”将lncRNA-GAS5转运至软骨细胞，从而抑制软骨细胞凋亡的科学假说。本项目拟从临床、细胞及动物模型三个层面探讨SMSC-exosomal-lncRNA-GAS5调控软骨细胞凋亡的作用及分子机制，为SMSC应用于OA治疗提供新思路。

骨关节炎(OA)是最为常见的关节退行性疾病。脂肪干细胞（ADSC）是OA 治疗研究的新星。ADSC外泌体可通过旁分泌途径作用于软骨细胞和滑膜成纤维细胞从而调控炎症反应，对于 OA 的治疗前景广阔。. 本项目首先对脂肪干细胞（ADSC）外泌体进行了鉴定，然后证明了ADSC外泌体可缓解SD大鼠的骨关节炎。同时，ADSC外泌体减少了IL-1β诱导的软骨细胞中collagen II和Aggrecan的表达，缓解了IL-1β或LPS对滑膜成纤维细胞的炎性反应。此外，ADSC外泌体可降低TGF-β1诱导的滑膜成纤维细胞中α-SMA和collagen III表达。对经典的WNT-β-catenin的分子如WNT3，WNT9a进行定量PCR检测，结果显示，外泌体处理后，WNT3、WNT9A的mRNA的表达减少。研究人脂肪干细胞（hADSC）源性外泌体对IL-1β诱导的软骨细胞以及IL-1β或TGF-β1诱导的滑膜成纤维细胞功能紊乱的缓解功能。结果发现，IL-1β处理下调Collage II和Aggrecan的表达，上调细胞外基质相关分子MMP13和ADAMTS5的表达，而这些效应在用hADSC源性外泌体处理后被逆转。研究hADSC源性外泌体对IL-1β或LPS处理后的滑膜成纤维细胞中TNF-α、IL-6、IL-1β和IFN-γ表达的影响。结果发现，IL-1β处理上调细胞中TNF-α和IL-6的表达，而这一效应在用hADSC源性外泌体处理后被逆转；LPS处理上调细胞中IL-1β、IL-6、TNF-α和IFN-γ的表达，而这一效应在用hADSC源性外泌体处理后被逆转。研究hADSC源性外泌体对TGF-β1处理后的滑膜成纤维细胞中α-SMA 和 Collagen III蛋白及基因水平的影响。结果发现，TGF-β1处理上调细胞中α-SMA 和 Collagen III的蛋白及基因水平，而这一效应在用hADSC源性外泌体处理后被逆转。研究hADSC源性外泌体对TGF-β1处理后的滑膜成纤维细胞增殖的影响。结果发现，TGF-β1处理促进细胞增殖，而这一效应在用hADSC衍生的外泌体处理后被逆转。. 本项目从细胞及动物模型等层面探讨hADSC源性外泌体调控软骨细胞及滑膜成纤维细胞炎症反应的作用及分子机制，为hADSC源性外泌体应用于OA治疗提供新思路。