Flnb调控Smad5/Runx2信号通路抑制SF-MSCs来源软骨细胞肥大化及其在修复关节软骨损伤中的作用和分子机制研究

The differentiation of synovial fluid-derived mesenchymal stem cells (SF-MSCs) into hyaline chondrocytes is prospective for cartilage tissue engineering in the treatment of articular cartilage injury. However, how to avoid hypertrophy and generate hyaline cartilage remains unknown. It’s reported that filament protein b (Flnb) as a negative regulator of Runx2 which is the only necessary transcription factor for chondrocyte hypertrophy, Flnb may inhibit Runx2 and thus inhibit chondrocyte hypertrophy. Our previous studies have found that Smad5 could interact with Flnb, phosphorylation of Smad5, a transcription activator of Runx2, may be a mediator of the interaction between Flnb and Runx2. Therefore, we assume that "Flnb inhibits the phosphorylation of Smad5 and its nucleation through interacting to it, which influences the accurate nuclear matrix localization and activity of Runx2. This process will eventually inhibit the expression of the related downstream genes, which promotes the formation of hyaline cartilage through the inhibition of hypertrophy". This study will reveal the molecular mechanism of SF-MSCs differentiating into stable hyaline chondrocytes and provide new ideas for the treatment of articular cartilage injury.

关节液间充质干细胞（SF-MSCs）定向分化为透明软骨细胞是软骨组织工程治疗关节软骨损伤的新希望，但新生透明软骨细胞如何避免肥大化并维持正常表型及功能的机制不详。已有研究指出，细丝蛋白b（Flnb）可能作为软骨细胞肥大化的唯一必要转录因子Runx2活性的负调节因子，通过抑制Runx2的活性来调控软骨细胞的肥大化。我们前期实验证实，Smad5与Flnb存在相互作用，Smad5磷酸化作为Runx2的转录激活因子可能是Flnb与Runx2相互作用的中介体。据此，我们推测“Flnb与Smad5相互作用，抑制Smad5磷酸化并抑制其入核，从而影响Runx2的准确核基质定位，其转录活性不能被激活，抑制下游肥大化相关基因的表达，使新生透明软骨更趋于稳定，并促进关节软骨损伤的修复”。该研究从新的视角揭示SF-MSCs定向分化为稳定透明软骨细胞的分子机制，为关节软骨损伤的治疗提供新思路和新靶点。

关节液间充质干细胞（SF-MSCs）定向分化为透明软骨细胞是软骨组织工程治疗关节软骨损伤的新希望，但新生透明软骨细胞如何避免肥大化并维持正常表型及功能的机制不详。已有研究指出，细丝蛋白b（Flnb）可能作为软骨细胞肥大化的唯一必要转录因子Runx2活性的负调节因子，通过抑制Runx2的活性来调控软骨细胞的肥大化。我们前期实验证实，Smad5与Flnb存在相互作用，Smad5磷酸化作为Runx2的转录激活因子可能是Flnb与Runx2相互作用的中介体。.本项目首先通过筛选贴壁培养形成的单克隆细胞集落，并通过CD90免疫磁珠分选法成功分离培养及纯化SF-MSCs，经流式细胞术鉴定均符合MSCs表面抗原标记物鉴定标准；三系分化实验成功诱导SF-MSCs分化为骨细胞、脂肪细胞及软骨细胞；本项目证实：TGF-β3和KGN的联合应用能更好地促进SF-MSCs分化为透明软骨细胞，两者发挥正协同效应。TGF-β3诱发软骨细胞出现肥大化，而KGN可抑制此现象。KGN作用于SF-MSCs可促进CBFβ入核，与Runx1在核基质中共定位，形成CBFβ-Runx1复合体，激活Runx1的转录活性，同时，该复合体竞争性抑制Runx2细胞核基质定位。本研究发现，Flnb过表达后可以与Smad5共定位于细胞的胞质中，单纯利用过表达核定位的NLS-CBFβ只能诱导细胞成软骨细胞，但易产生肥大化，而不能形成稳定的透明软骨细胞。而KGN特异性抑制Smad5磷酸化，原因是KGN促进Flnb与Smad5结合，抑制其磷酸化及入核，使Runx2的核基质靶向信号（NMTS）不能被激活，从而抑制Smad5/Runx2转录活性，其对下游软骨细胞肥大化相关基因的调控作用被抑制，从而起到抑制异常肥大化分化的作用，使新生透明软骨更趋于稳定。.本研究通过动物实验证实，经膝关节腔注射自体rbSF-MSCs可以有效治疗兔关节软骨损伤，促进透明软骨再生。.该研究结果从新的视角揭示SF-MSCs定向分化为稳定透明软骨细胞的分子机制，为关节软骨损伤的治疗提供新思路和新靶点。