TGF-β/Smad7信号通路在椎间盘退变病理过程中作用与机制研究

椎间盘退变性疾病常常导致颈肩痛、腰腿痛和脊髓压迫为主要表现的临床症候群，严重影响患者的生活质量，但其发病机制仍不清楚。本课题拟就TGF-β/Smad7信号传导通路在椎间盘细胞的细胞外基质代谢、细胞凋亡与椎间盘组织血管形成中的作用，探讨TGF-β/Smad7信号传导通路在椎间盘退变病理过程中可能的机制。具体方案为从组织学水平检测Smad7在椎间盘组织中的表达情况及其与细胞外基质代谢、细胞凋亡、血管形成与椎间盘退变程度之间的关系；然后利用RNA 干扰技术在分子生物学水平探讨Smad7及其细胞信号传导通路相关分子Smad2,3,4和TGF-β与细胞外基质代谢、细胞凋亡与血管形成之间的关系，并通过动物模型进行验证；最后利用Smad7基因敲除小鼠进一步验证Smad7在椎间盘退变过程中的作用。期望通过本项目设计的实验深化对椎间盘退变病理机制的理解，并为椎间盘退变的防治开辟新思路与新途径。

椎间盘退变性疾病常常导致颈肩痛、腰腿痛和脊髓压迫为主要表现的临床症候群，严重影响患者的生活质量，但其发病机制仍不清楚。本课题拟就TGF-β/Smad7信号传导通路在椎间盘细胞的细胞外基质代谢、细胞凋亡中的作用，探讨TGF-β/Smad7信号传导通路在椎间盘退变病理过程中可能的机制。我们发现Smad7高表达于退变椎间盘组织，并随着时间的延长逐渐增高；Smad7高表达与椎间盘退变程度及椎间盘细胞的凋亡率呈正相关；我们成功构建Smad7过表达慢病毒表达载体, 并成功转染大鼠椎间盘纤维环细胞。通过对椎间盘合成分解代谢关键因子表达量的检测发现Smad7高表达明显抑制椎间盘细胞外基质合成，促进其分解。此作用很可能是通过抑制TGF-β信号通路实现。同时我们也发现Smad7的高表达会导致椎间盘细胞凋亡的发生；流式细胞术和Hoechst也提示，Smad7表达的上调会引起细胞凋亡率增加，并且呈时间依赖性。胞浆蛋白检测发现细胞色素C表达明显增高，同时JC-1染色线粒体膜电位也明显增高。同时凋亡相关蛋白Bcl-2、Bcl-xL表达降低，而Bax表达增高，Bax/ Bcl-2比值也明显增高。活化的Caspase 9、3表达量也明显增高。最后，通过Z-LEHD-FMK预处理阻断Caspase9活性后，细胞凋亡率明显降低，但未能降低到对照组水平。说明Smad7引起椎间盘细胞凋亡主要是通过线粒体通路实现，并且还有其它机制参与其中，这也是我们下一步研究目标的重点。最后我们将Smad7过表达慢病毒成功转入大鼠椎间盘内, 在体内水平再次证实Smad7过表达可降低椎间盘细胞合成代谢，促进其分解代谢，导致椎间盘细胞凋亡率的增高。本项目首次证实了 TGF-β/Smad7通路在椎间盘细胞外基质代谢、细胞凋亡中的作用，加深了对椎间盘退变病理机制的认识。为椎间盘退变的生物治疗提供了新思路及与新途径。