Runx2基因表观遗传学调控对脂肪干细胞成骨能力影响的研究

利用成体干细胞修复骨缺损，恢复其功能成为一个研究热点。但骨髓干细胞（BMSC）体外扩增能力有限，限制了其在组织工程中的应用；脂肪干细胞（ADSC）虽然来源广泛，增殖能力强，但其成骨分化时间出现晚，效率低。因此，如何提高ADSC成骨分化效率成为应用基础研究中亟待解决的问题。我们发现：在ADSC与BMSC向成骨细胞诱导分化过程中，成骨特异基因Runx2的表达量逐渐增加；并且BMSC中Runx2的表达水平均高于ADSC，这可能是造成ADSC与BMSC成骨细胞分化能力差别的原因之一。另外ADSC与BMSC向成骨细胞诱导分化过程中，Runx2基因启动子区域DNA甲基化程度降低，而H3K4m3和H3K9乙酰化升高，提示Runx2可能受到DNA甲基化和组蛋白修饰的调控。本研究将探求Runx2的表观遗传学修饰在成骨细胞分化过程中的作用及其机制，为提高ADSC的成骨分化效率提供理论依据。

利用源自骨髓和脂肪组织的成体干细胞修复骨缺损，恢复其功能成为一个研究热点。骨髓来源的干细胞（bone marrow derived stem cells, BMSC）体外扩增能力有限，限制了其在组织工程中的应用；ADSC虽然来源广泛，增殖能力强，但其成骨分化时间出现晚，效率低，其机制未明。因此，如何提高ADSC成骨分化效率成为我们关注的问题。.Runt-related transcription factor 2（Runx2）是参与成骨细胞分化与骨形成过程中的重要转录因子之一，我们发现：在ADSC与BMSC向成骨细胞诱导分化过程中，成骨特异基因Runx2的表达量逐渐增加；并且BMSC中Runx2的表达水平高于ADSC，这可能是造成ADSC与BMSC成骨细胞分化能力差别的原因之一。Runx2的表达受到参与成骨细胞分化的多种激素、生长因子的调控，但是其具体转录调控机制尚不清楚。近年来，表观遗传学在发育生物学及干细胞分化过程中的调控机制越来越受到研究者的重视，一些成骨特异基因已被证实在骨发生过程中受到DNA甲基化和组蛋白乙酰化的调控。但在干细胞成骨分化过程中Runx2是否受到表观遗传调控尚未见报道。.本研究证实在ADSCs与BMSCs成骨细胞分化过程中，与转录激活相关的组蛋白修饰乙酰化H3K9和三甲基化H3K4在ADSCs与BMSCs的成骨分化过程中均升高；而与转录抑制相关的组蛋白修饰三甲基化H3K9在成骨分化过程中降低。但是，BMSCs成骨分化过程中表观遗传修饰变化程度比ADSCs更明显。同时，表观遗传修饰的动态变化情况与间充质干细胞成骨诱导分化过程中Runx2的表达谱密切相关，尤其是乙酰化组蛋白H3K9和三甲基化组蛋白H3K9。这些结果提示组蛋白修饰在成体干细胞向成骨细胞定向分化的过程中发挥重要作用，ADSCs与BMSCs 成骨能力的不同很可能是由于二者成骨分化过程中Runx2启动子区域表观遗传修饰改变的不同造成的。因此，通过改变成骨特异基因的表观遗传修饰状态可能会提高ADSCs的成骨细胞分化能力。TSA是一种强有力组蛋白去乙酰化酶抑制剂，研究发现TSA可以显著提高ADSCs的碱性磷酸酶以及Runx2的表达并且高于其在BMSCs的表达。TSA能够促进ADSCs成骨分化第3天时BMP2与BMP4的表达，同时利用BMP信号通路的拮抗剂Noggin抑制BMP信号通路可以抑制