HIF-2α负向调控NRP1在骨质破坏中的作用及机制研究

Bone destruction usually exists in many pathological process, such as hypoxia, inflammation and tumor bone metastases. HIF-2 alpha could promote the osteoclasts differentiation, while the exact mechanism is still unclear. Our previous research found that HIF-2 alpha has significantly higher expression in the bony lesions of lung cancer metastasis, and tumor cells could obviously promote the expression of HIF-2 alpha in osteoclasts precursor cells, meanwhile HIF-2 alpha siRNA could obviously promote the expression of NRP1, which is the important inhibitors of osteoclasts differentiation. Therefore, we put forward the following hypothesis: HIF-2 alpha could down-regulate the expression of NRP1 in osteoclast precursors, thus enhance osteoclasts differentiation and bone destruction. And the project is proposed to determine the role of HIF-2 alpha and NRP1 in osteoclasts differentiation by bidirectional regulating of NRP1 in HIF-2 alpha overexpression and silence expression osteoclast precursors, and to explore the prevention and treatment effects of downexpression HIF-2α on mouse bone destruction model. The study could further clarify the molecular mechanism of bone destruction through the new view of HIF-2 alpha and NRP1, and provide new strategies for the prevention and treatment of related bone diseases.

骨质破坏存在于低氧、炎症及肿瘤骨转移等多种病理过程。HIF-2α可促进破骨细胞分化，但具体机制尚不明确。课题组前期研究发现：HIF-2α在肺癌溶骨性病灶中显著增高，且肿瘤细胞可明显促进破骨前体细胞HIF-2α的表达，而HIF-2α siRNA可明显上调破骨细胞分化抑制因子NRP1的表达。因此，我们提出如下假说：HIF-2α通过负向调控破骨前体细胞NRP1的表达，进而促进破骨细胞分化及骨质破坏。为此本项目拟通过在体及体外细胞实验，利用HIF-2a过表达及干扰的破骨前体细胞模型，双向调控NRP1表达，验证HIF-2a/NRP1信号途径在破骨细胞分化中的作用，并探讨干扰HIF-2α表达对骨质破坏小鼠模型的防治作用。该研究从HIF-2α及NRP1这一新视点进一步阐明骨质破坏的分子机制，可望为骨质破坏防治提供新的策略。

骨质破坏存在于低氧、炎症及肿瘤骨转移等多种病理过程，破骨细胞介导的骨吸收增强以及成骨细胞介导成骨能力减弱是溶骨性骨破坏的主要机制，但具体机制尚不明确。低氧是骨微环境中的重要特征，在骨折、炎症、肿瘤骨转移等疾病中会表现为更严重的病理性缺氧。既往研究证实低氧在骨代谢调控中发挥着非常关键的作用，但机制尚未阐明。课题组以HIF-2α/NRP1调控破骨细胞分化为主要研究方向，围绕低氧微环境因素下的骨重塑失衡介导骨破坏机制进行了一系列研究。研究证实在破骨细胞RAW264.7细胞中, RANKL诱导分化可使HIF-lα、NRP-1表达下调，而CoCl2诱导的缺氧能够通过上调HIF-lα增强NRP-1的表达，从而抑制其向成熟破骨细胞分化。进一步研究发现在破骨细胞分化过程中，RANKL通过ROS累积使HIF-lα表达下调，继而下调Bcl2，促进了破骨细胞的自噬和分化；RANKL诱导破骨前体细胞内质网中NOX4表达上调，可通过增加非线粒体源性ROS含量，并通过增强细胞内质网自噬进而促进破骨细胞分化，进一步阐明了破骨细胞分化的调控机制。此外，课题组探索应用骨基质表面培养板替代传统骨磨片检测破骨细胞骨侵蚀能力，为鉴定破骨细胞溶骨能力提供了更加简便有效的实验方法。在肿瘤骨转移等骨破坏疾病中，在破骨细胞异常活化的同时，成骨抑制同样是重要机制，但机制尚未阐明。在课题组研究证实低氧可下调乳腺癌细胞中Sema3A的表达，进而抑制成骨细胞的分化；而在肺癌细胞中，低氧通过HIF-lα而非HIF-2α调控肺癌细胞Sema4D表达与分泌，并参与其对成骨细胞分化的抑制，介导肺癌溶骨性骨转移。课题研究证实在肿瘤骨转移微环境低氧可介导成骨分化调控因子的表达，进而调控成骨细胞分化抑制参与骨重塑失衡导致溶骨性骨破坏。综上，在本课题资助下，课题组以低氧、肿瘤、破骨细胞及成骨细胞分化为研究重点，阶段性成果进一步阐明骨质破坏的分子机制，为骨质疏松、骨关节炎、肿瘤骨转移等骨破坏疾病的防治提供了新的靶点。