基于Zinc-ZIPs/ZNTs-MTFs轴介导锌稳态失衡致大骨节病软骨细胞外基质代谢障碍作用机制

The metabolic disorder of the extracellular matrix in chondrocyte is one of the important pathological injuries of Kashin-Beck disease (KBD). Based on the metabolic disturbance of chondrocyte extracellular matrix and the abnormality of synthesis and catabolism in chondrocyte extracellular matrix induced by T-2 toxin and selenium deficiency, the key scientific issues of pathogenesis of KBD is unknown. With the International latest research on Zinc-ZIPs/ZNTs-MTFs axis regulating the metabolic disorder of the extracellular matrix in chondrocyte, previous studies and the results of pre-experiment that the ZIPs/ZNTs transporter proteins and its genes abnormal expression in KBD. This project intends to adopt gene interference, animal model and modern biology to focus on the studying (1) Expression of ZIPs/ZNTs transporter and related genes in chondrocytes of KBD; (2) the effects and molecular mechanism of the metabolic disturbance of extracellular matrix in chondrocyte in KBD regulated by Zinc-ZIPs/ZNTs-MTFs axis; (3) the mechanism of Zinc-ZIPs/ZNTs-MTFs axis damaging chondrocyte via T-2 toxin and Selenium deficiency. The expected results will clarify the biological mechanism of the metabolic disorders of extracellular matrix in chondrocyte of KBD from the "environmental factors-gene-cell effect" level.

软骨细胞外基质代谢障碍是大骨节病重要的病理损伤之一。针对大骨节病软骨细胞外基质代谢功能障碍及T-2毒素/和低硒引发大骨节病软骨细胞外基质代谢障碍作用机制与途径未明的关键科学问题，结合国际最新研究Zinc-ZIPs/ZNTs-MTFs轴可调控软骨细胞外基质代谢异常及课题组前期研究与预实验发现大骨节病软骨细胞ZIPs/ZNTs转运蛋白及其基因表达异常。本项目拟采用基因干扰、动物模型及现代生物学技术，集中研究：（1）大骨节病患者软骨细胞ZIPs/ZNTs转运蛋白及相关基因表达特点；（2）Zinc-ZIPs/ZNTs-MTFs轴调控大骨节病软骨细胞外基质代谢障碍的作用效应及其分子机制；（3）T-2毒素/和低硒通过Zinc-ZIPs/ZNTs-MTFs轴作用调控软骨细胞外基质代谢障碍与功能的机制，预期结果将从“环境因素-基因-信号途径-细胞效应”多层面阐明大骨节病软骨细胞外基质代谢障碍生物学机制。

大骨节病重要的病理损伤包括软骨细胞外基质代谢障碍。针对大骨节病软骨细胞外基质代谢功能障碍及T-2毒素/和低硒引发大骨节病软骨细胞外基质代谢障碍作用机制与途径未明的关键科学问题，本项目结合国际最新研究Zinc-ZIPs/ZNTs-MTFs轴可调控软骨细胞外基质代谢异常，利用免疫组化，免疫印迹，qRT-PCR，动物模型，转录组测序等技术，获得主要研究结果：①大骨节病患者软骨细胞ZIP6转运蛋白及基因表达较正常对照显著降低，MTF1/2基因表达表达量较正常对照显著升高；②HT-2毒素干预培养C28/I2软骨细胞系，ZIP6转运蛋白及基因表达较正常对照显著降低，MMP3、MMP13及ADAMT5表达量降低，二型胶原表达量显著升高；③大骨节病成人尿代谢表型不同于正常人，首次发现大骨节病尿液中环境危险因素硒代腺苷硒蛋氨酸与HT-2毒素含量较正常成人异常改变；④发现连续三年大骨节病病区X线阳性与正常儿童尿液锌元素间差异无统计学意义，硒元素差异具有统计学意义；⑤发现一种新亚型软骨细胞-线粒体软骨细胞（mitochondrial chondrocytes，MTCs）与稳态软骨细胞（homeostatic chondrocytes，HomCs）在大骨节病软骨细胞中显著增多。拟时间序列分析发现，正常软骨细胞位于伪空间轨迹起始部位，而大骨节病与骨性关节炎软骨细胞分别位于两个不同方向的轨迹，提示正常对照，大骨节病及骨性关节炎软骨细胞类型及状态存在显著差异；⑥大骨节病环境危险因素动物模型构建及转录组测序鉴定与Zinc-ZIPs/ZNTs-MTFs轴相关差异表达基因。本项目研究结论为揭示Zinc-ZIPs/ZNTs-MTFs轴参与调控大骨节病软骨细胞外基质代谢异常提供了重要的科学依据。本项目项目资助已发表标注的SCI论文7篇，参加国际学术会议2人次并做大会报告1次。