RhoA调控破骨细胞分化在老年性骨质疏松症中的作用和机制研究

Osteoporosis is an age-related systemic metabolic disease that has become a global public health problem due to its increased morbidity and mortality. Members of the Rho subfamily of Small GTPases, including Rac1, Cdc42 and RhoA are known as molecular switches which regulating cytoskeletal and signal transduction. We previously studied the roles of Rho Small GTPases in endochondral ossification. Meanwhile, we found the expression of RhoA following by increase with advanced age in mice. Conditional knockout RhoA in osteoclast precursors significantly increased the bone mass. Fasudil, ROCK specific inhibitor, increased trabecular bone mass in senile osteoporosis mouse model. We also demonstrated RhoA modulating osteoclast differentiation and NF-κB signaling in our previously studies. Based on these findings, the present study will focus on the mechanism underlying RhoA-mediated osteoclast differentiation and function in senile osteoporosis by using in vitro cell culture and in vivo gene-modified mice approaches. Taken together, this study will elucidate the critical roles of RhoA in bone physiology and provide a candidate therapeutic target for senile osteoporosis.

骨质疏松是一种与年龄相关的全身性代谢性疾病，由于其发病率和死亡率的提高，已成为全球性的公共健康问题。RhoA属于Rho Small GTPases家族分子，在调节细胞骨架和细胞功能等方面起着“分子开关”的作用。我们以前发现RhoA家族蛋白调控软骨细胞的分化。进一步研究发现随着年龄增加小鼠骨组织中RhoA表达增加，破骨前体细胞中敲除RhoA增加小鼠骨量，而抑制RhoA下游激酶ROCK显著改善小鼠增龄性骨质疏松症，深入研究发现RhoA介导RANKL诱导的NF-κB信号和破骨细胞分化。为进一步研究RhoA介导破骨细胞的功能在老年性骨质疏松症中的作用，本课题拟利用基因敲除小鼠与老年性骨质疏松症模型，结合细胞系和原代破骨细胞模型，研究RhoA调控破骨细胞分化的作用及机制。研究结果将为骨量维持提供新的理论，为老年性骨质疏松症的治疗提供新的思路。

骨质疏松症是一种与年龄相关的低转换型骨代谢性疾病，表现为伴随年龄的增长成骨细胞功能下降，而破骨细胞在多种因素刺激下功能活跃。我们前期研究发现RhoA在10月龄小鼠骨组织中表达高于2月龄小鼠，且ROCK抑制剂Fasudil显著改善增龄性骨质疏松症。为了明确RhoA/ROCK在骨质疏松症中的作用，我们利用破骨细胞分化不同时期敲除RhoA小鼠探讨RhoA对小鼠骨量的影响，并结合体外细胞学阐明其调控破骨细胞分化与骨吸收的作用与机制。我们的研究表明，在破骨前体细胞与破骨细胞中敲除RhoA小鼠均出现高骨量表型，具体表现为骨密度、骨体积比、骨小梁数量增加，骨小梁分离度下降，骨小梁厚度无明显变化。细胞学研究显示RhoA/ROCK促进破骨细胞分化，增加破骨细胞标记基因表达，促进F-actin形成与骨吸收陷窝面积。进一步通过western blotting、荧光素酶报告基因、核质分离等手段阐明抑制RhoA/ROCK活性抑制RANKL激活的NF-κB与mTOR信号。最后，我们利用破骨前体细胞与破骨细胞中激活RhoA小鼠验证，结果表明激活RhoA促进小鼠骨量丢失，促进破骨细胞分化与骨吸收功能。本研究证明RhoA/ROCK通过调节NF-κB与mTOR信号促进破骨细胞分化与骨吸收进而加速小鼠骨量丢失。我们的研究结果在理论上创新了 RhoA在骨代谢中的调控机制，为 Rho Small GTPase家族介导骨重建的作用做了很好的补充，而且为骨量维持提供新理论的同时也为骨质疏松症的治疗提供新的思路和实践依据。