Wnt信号通路调控骨质疏松症脂肪干细胞骨向分化及促进骨再生的分子机制研究

The bone defects and fractures associated with osteoporosis are medical problems to be solved. Adipose-derived stem cells (ASCs) from osteoporosis (OP-ASCs) can be a valuable tool for use in osteoporosis therapy. Wnt signaling pathways have been the focus of intense research activity in bone biology laboratories because of their importance in skeletal development, bone mass maintenance, and the regulation of lineage-specific differentiation of stem cells. Our recent studies showed that activation of Wnt/β-catenin signaling pathway can promote nuclear translocation of β-catenin from the cytoplasm, and upregulates expression levels of Runx2. Therefore, we speculate Wnt/β-catenin signaling pathway may play a key role in osteogenic differentiation of OP-ASCs. In this study, in order to clarify molecular mechanism of Wnt signaling pathway regulating osteogenic differentiation of OP-ASCs, we detect signal molecules related to the signal pathway and the expression of specific osteogenic-differentiated markers, and screen the key factors of regulating osteogenic differentiation of OP-ASCs when interventing Wnt signaling pathway. Moreover, the osteogenic differentiation capacity of OP-ASCs is restored and promoted by modifying this signaling pathway. This new idea and methods will provide a effective therapeutic option for healing osteoporotic fractures and promoting bone regeneration.

骨质疏松症所伴发的骨折、骨缺损是亟待解决的医学难题。骨质疏松症自体脂肪干细胞（OP-ASCs）在治疗骨质疏松性骨折和骨缺损中具有良好的应用前景。Wnt信号通路在调控干细胞定向分化及骨形成中具有重要作用。我们前期研究显示：激活Wnt/β-catenin信号通路可以促使OP-ASCs的β-catenin从胞质转入胞核，促进成骨转录因子Runx2表达上调。因此我们推测Wnt/β-catenin信号通路可能在OP-ASCs骨向分化中发挥了关键调控作用。本课题拟从不同分子水平干预Wnt信号通路的活化水平，检测该信号通路相关信号分子和骨向分化标志物的表达，筛选调控OP-ASCs骨向分化的关键信号因子，阐明Wnt信号通路在OP-ASCs骨向分化过程中发挥的作用及其分子机制，在此基础上进行靶向调控，恢复及促进OP-ASCs的骨向分化能力，为促进骨质疏松性骨折愈合和骨再生提供新的思路和方法。

随着我国老年人口的增加，骨质疏松症发病率呈上升趋势，骨质疏松症所伴发的骨折、骨缺损已成为我国乃至全球的公共卫生难题。近年来研究表明骨质疏松症患者的自体脂肪干细胞（OP-ASCs）在治疗骨质疏松性骨折和骨缺损中具有良好的应用前景，但OP-ASCs骨向分化调控的分子机制尚未阐明，这严重阻碍了OP-ASCs在治疗骨质疏松性骨折和骨缺损中的应用研究。国内外近期研究发现，Wnt信号路径是调控干细胞骨向分化的关键信号通路，对维持骨平衡和调节间充质祖细胞骨向分化具有重要作用，但Wnt信号通路对OP-ASCs骨向分化的调控尚未见报道。本课题从不同分子水平干预Wnt信号通路的活化水平，检测该信号通路相关信号分子和骨向分化标志物的表达，筛选调控OP-ASCs骨向分化的关键信号因子，阐明Wnt信号通路在OP-ASCs骨向分化过程中发挥的作用及其分子机制，在此基础上进行靶向调控，恢复及促进OP-ASCs的骨向分化能力。在研究中我们发现：OP-ASs增殖能力、成骨分化潜能均较ASCs低；并通过慢病毒载体介导和化学干预Wnt信号通路，证明经典Wnt信号通路的激活对OP-ASCs的成骨起促进作用，经典Wnt信号通路的抑制则降低OP-ASCs的成骨能力；结合PCR芯片、qPCR和WB进行验证发现，Wnt5a、Fzd6、Wnt10b是对OP-ASCs成骨具有重要调控作用的关键基因，且通过体内外实验相结合的方式，研究发现上调Fzd6、Wnt10b表达和抑制Wnt5a的表达能提高OP-ASCs成骨能力促进其成骨，反之，则降低OP-ASCs成骨能力、抑制其成骨。本实验研究是国内外首次研究并阐明了在骨质疏松影响下Wnt信号通路对OP-ASCs骨向分化和促进骨再生的调控作用机制，为骨质疏松影响下其他成体干细胞的分化机制研究提供了理论依据，为原创性研究。通过体内外实验探讨表明靶向干预Wnt信号通路调控干细胞对促进骨质疏松性骨折愈合及骨缺损的修复与再生具有重要意义，为促进骨质疏松性骨折愈合和骨再生提供了新的思路和方法。