miR-378在调节间充质干细胞成骨分化中的生物学分子机制和应用的研究

To improve the osteogenic differentiation potential of mesenchymal stem cells (MSCs) through gene modification is an important strategy for augmenting bone repair. In the past few years, microRNA (miRNA) has been identified as an important gene expression regulator, among which miR-378 has been newly found to play an important role in regulating MSCs differentiation. Our preliminary data confirmed that bone formation and bone quality in the miR-378 transgenic mice were impaired, overexpression of miR-378 in bone marrow MSCs inhibits their osteogenic differentiation, whereas the use of miR-378 antagonists promote their osteogenic differentiation. Therefore, miR-378 may inhibit osteogenic differentiation of MSCs and serve as a potential therapeutic target for promoting osteogenesis. The aims of this study are to (1) To further confirm the effects of miR-378 on osteogenic differentiation of MSCs and bone development in the miR-378 transgenic mice. (2) Using RNA-seq analysis, to compare the gene expression profiles between the miR-378 transgenic and wild-type mice, and to identify the potential downstream genes responsible for miR-378-mediated osteogenesis. (3) To produce miR-378 bone conditional knock-in mice and to study the effects of bone-specific overexpression of miR378 on bone development. (4) To test the effect of silencing miR-378 expression in MSCs on fracture healing in a mouse fracture model. The current research proposal will provide insight that miR-378 may be a new therapeutic target for promoting osteogenesis and augmenting fracture healing.

微小RNA（miRNA）是重要的基因表达调节因子。我们前期实验结果发现miR-378 转基因小鼠的骨骼生成及骨质量均受到破坏，过表达miR-378抑制骨髓MSC的成骨分化, 而拮抗miR-378则促进其成骨分化， 因此，miR-378可能作为促进成骨的潜在治疗靶点。本研究的目的是：(1) 通过对miR-378转基因小鼠的骨骼发育和其MSCs成骨分化的检测，明确miR-378对成骨过程的调控作用。 (2)使用RNA-seq分析miR-378转基因和野生型小鼠的骨组织中mRNA表达水平的差异，鉴定的miR-378调控的成骨分化相关功能基因。 (3) 构建miR-378骨骼组织条件性敲入小鼠，研究选择性抑制miR-378 对骨骼发育的影响。（4）测试使用沉默miR-378表达修饰的间充质干细胞对小鼠骨折愈合的影响。本课题将明确miR-378调节成骨的机理，为开发促进骨折愈合的细胞疗提供新的思路。

微小RNA（miRNA）是小型非编码单链RNA家族的一员，以其调节生物活性的重要功能而日益受到重视。miRNA的主要功能为基因沉默，它们能够在转录后水平抑制目标基因的表达。很多miRNA已经被发现在调节成骨分化过程中发挥重要作用。作为一个保守的miRNA，miR-378同样可以调节成骨分化，然而其内在的分子机制仍然不清楚。在我们的研究中，我们主要研究了miR-378调控骨髓间充质干细胞（BMSCs）成骨分化和骨骼形成的生物学功能及分子机理，并探讨了及其作为调控骨骼形成和促进骨骼愈合的新颖治疗靶点的可能性。我们首先构建了一个miR-378表达上调的miR-378敲入小鼠品系，并发现miR-378敲入小鼠的骨骼发育和骨骼质量相比正常小鼠来说都受到损害。在骨折愈合模型中，我们发现miR-378的过表达显著延缓了骨折愈合过程，而miR-378小鼠骨折部位新生骨的质量和力学特性也显著弱于正常小鼠。进一步研究发现，miR-378模拟物能够抑制BMSCs的成骨分化过程，而miR-378反义链介导的miR-378敲低则能够促进BMSCs的成骨分化，这反映出miR-378在成骨分化中的重要作用。在进一步的研究中，我们确定了miR-378的5p链和3p链分别直接抑制Wnt蛋白家族中Wnt6和Wnt10a的表达，从而降低在成骨过程中发挥重要作用的Wnt/β-catenin信号通路关键因子β-catenin的表达水平。我们还发现，在小鼠骨折模型中，应用miR-378抑制剂过表达慢病毒介导的BMSCs对骨折部位进行注射，可以有效抑制骨折部位miR-378的表达，并有效促进小鼠的骨折愈合。以上研究证明，miR-378在骨折愈合过程中具有调控成骨分化和骨骼再生的重要作用。我们的研究成果将为促进骨折愈合的新型细胞治疗策略提供全新思路。