LncRNA和miRNA调控网络在周期性拉伸促进小鼠肌腱干细胞增殖与分化的作用及其机制

Proper stress stimulus can promote TSPCs proliferation and differentiation, but so far its regulatory mechanism is not clear, the post-transcriptional level of lncRNA and miRNA regulation network brings us a new perspective. In this study, mechanical tensile loading device was adopted to find the loading patterns by analyzing the regulation role of cyclic stretch on TSPCs proliferation and differentiation in mice; LncRNA gene chip was used to describe the gene expression changes of cyclic stretch on the promotion of proliferation and differentiation in TSPCs; Analysis the miRNA gene chip could identify some new miRNAs promoting TSPCs proliferation and differentiation in mechanical stretch; Combined with bioinformatics methods, the systematical relationship between the force signaling pathways and miRNAs could be illustrated in proliferation and differentiation of TSPCs. The study could perfect the regulation mechanism of cell proliferation and differentiation from the perspective of biomechanics, as the beneficial complementarity of the biology and physiology; could provide new ideas of mechanic-microenvironment regulation on proliferation and differentiation in stem cells; and provide medical information and quantitative references for the human rehabilitation engineering and tissue engineering.

适宜的应力刺激可促进肌腱干细胞增殖和分化，但目前其调控机制还不清楚，转录后水平lncRNA和miRNA的调控网络带给了我们新的视角。本研究以小鼠肌腱干细胞为研究对象，采用机械拉伸加载装置，分析周期性拉伸对小鼠肌腱干细胞增殖与分化的调节作用，寻求促进细胞增殖与分化的力学加载规律；利用lncRNA基因芯片技术描述机械拉伸促进肌腱干细胞增殖与分化时相关基因的表达变化；分析miRNA基因芯片，探讨一些新的miRNA在力学拉伸促进肌腱干细胞增殖与分化的作用；并结合生物信息学等手段，力图系统性地阐明肌腱干细胞增殖与分化过程中的力信号通路与相关miRNA的调控关系。该研究可以从生物力学的角度重新完善细胞增殖与分化的调控机理，是生物学和生理学的有益补充；可以为力学微环境调控干细胞增殖和分化等提供新思路；并为人类康复工程、组织工程提供比较医学资料与定量参考依据。

适宜的应力刺激可促进肌腱干细胞增殖和分化，但目前其调控机制还不清楚，转录后水平lncRNA和miRNA的调控网络带给了我们新的视角。本研究采用体外干细胞培养技术，对小鼠肌腱细胞进行分离培养与鉴定，将获得的肌腱干细胞采用小RNA测序技术对肌腱干细胞分化前后进行lncRNA和miRNA分析，从miRNA的表达谱中筛选变化最为明显的miRNA，结合mRNA的分析结果，并利用生物信息学获得相应miRNA的靶基因。通过实时荧光定量PCR以及western-blot对miRNA和lncRNA进行表达验证。.结果表明：本研究分离培养的小鼠肌腱干细胞特异性表达CD44和SSEA-4细胞表面抗原。通过不同应力状态下肌腱细胞的表现，我们发现在不同基底硬度下（玻璃、塑料、硅胶），肌腱细胞表现出了不同的生长速度，24小时内在玻璃上生长较快，48-72小时后，在塑料基底上生长较快，而在硅胶上生长较慢；在不同硬度条件下，细胞的形态也会发生变化。在对肌腱细胞进行适宜的力学拉伸后，细胞生长速度变快，未施加力学刺激的肌腱细胞生长较慢。拉伸的持续时间不同（0h，24h，48h），细胞也表现出不同的形态变化。我们又分析了不同生长阶段小鼠（4周龄，6周龄，8周龄，10周龄）肌腱的力学拉伸特性和细胞的HE染色，结果显示当小鼠生长到一定阶段后，随着年龄的增长，其肌腱的拉伸性能将到达峰值，随着年龄增加，表现出一定的衰老特性。.通过miRNA测序检测了小鼠肌腱分化前后miRNA的表达，结果得到了249个差异显著的miRNA（p<0.01），其中132个miRNA的检测信号值大于等于500，另外117个miRNA的检测信号值小于500。进一步分析得到差异变化最为显著的20个miRNA分别为miR-181a，miR-451，miR-199a，miR-214，miR-130a，miR-1285，miR-21，miR-191，miR-92a，miR-23a，miR-let-7e，miR-let-7c，miR-24，miR-27a，miR-148a，miR-128，miR-23b，miR-99a，miR-99b，miR-106a。通过对miR-92a，miR-21和miR-191进行定量分析，发现与测序的检测结果一致。本研究可以从生物力学的角度重新完善肌腱细胞增殖与分化的调控机理提供新思路。