生长因子Progranulin通过TNFα-TNFR信号系统调控软骨分化再生的功能与机制研究

Cartilage Injury is a common and tough problem in clinic. Accumulation of cartilage matrix and chondrocyte differentiation are proved to be critical process during cartilagenous diseases. It is known that TNFα and TNFα receptors play a critical role in cartilage repair. Progranulin (PGRN) is a multifunctional growth factor which is closely associated with TNFα-TNFR signaling. We have reported that PGRN improves cartilage metabolism and protects against cartilage degeneration through interplay with TNFα-TNFR signaling. Based on the previous reports and our studies, we speculate that PGRN may play a potential role in cartilage regeneration process. To test this hypothesis, we plan to culture mesenchymal stem cells and establish cartilage defect model to investigate the function of PGRN in cartilage differentiation and repair. Moreover, we will use in vitro experiments to assess the effect of PGRN in chondrocyte differentiation. Furthermore, we will illustrate the interplay between PGRN and TNFα-TNFR signaling, which consequently activates the downstream pathways and promotes accumulation of extracellular matrix. The result of this study will shed a light on the mechanism for cartilage repair and provide a potential therapeutic instrument of cartilage injury.

骨关节炎及创伤等导致的软骨损伤是一种常见而棘手的临床问题。软骨基质积累及软骨细胞分化是损伤软骨再生的重要过程。实验发现，肿瘤坏死因子（TNFα）及其受体（TNFR）组成的信号系统在软骨相关疾病中发挥重要作用。生长因子progranulin（PGRN）是一种多功能生长因子，与TNFα-TNFR信号系统密切相关。在软骨退变等过程中，PGRN通过影响TNFα-TNFR信号系统改善软骨代谢，保护软骨结构。本课题拟通过细胞培养及动物软骨缺损模型建立，明确PGRN重组蛋白使用对于软骨组织再生重建的重要功能。同时，使用体外实验，检测PGRN促进间充质干细胞向软骨细胞分化的相关作用。阐明PGRN通过影响TNFα-TNFR信号系统实现再生相关通路的激活，软骨胞外基质的有效积累及软骨细胞方向的分化的重要功能，从而为进一步了解软骨再生的发生机制提供新的线索。

骨关节炎是一种导致关节结构逐渐破坏的慢性退行性关节疾病，以软骨损伤和进行性退变为主要特征。在骨关节炎的发病中，肿瘤坏死因子α（TNFα）及其受体（TNFR）组成的信号转导系统发挥了重要作用。Progranulin（PGRN）是一种重要的生长因子，表达于软骨细胞及软骨组织中，并且我们发现其在骨关节炎的发生中表达水平显著升高。通过细胞培养及建立动物软骨缺损模型，我们发现PGRN可以竞争性直接结合肿瘤坏死因子TNFα受体TNFR1/2，同时，其也具有加强骨修复过程中的软骨细胞外基质合成的作用和减轻软骨退变性疾病严重程度的功能。进一步研究表明，PGRN主要是通过影响TNFα-TNFR信号系统从而改善软骨代谢和保护软骨结构。由此，我们明确了重组蛋白PGRN的使用对于软骨组织再生重建的重要功能，并阐明了PGRN具有通过影响TNFα-TNFR信号系统来实现再生相关通路的激活对促进软骨胞外基质合成的重要功能，为进一步了解软骨再生的发生机制提供了新的线索。而我们通过深入研究发现，TNFα与TNFR的结合激活下游信号系统的转导过程，其为治疗许多急慢性炎性疾病提供了潜在的靶点。由此，我们筛选得到了能够拮抗TNFα致炎作用的分子或药物，发现了钙通道阻滞剂维拉帕米和生长转化因子11（GDF11）两者都具有拮抗TNF-α的功能，进一步研究了两者在类风湿性关节炎中的潜在作用机制。结果表明，GDF11和PGRN类似，也是通过作用于TNFα-TNFR信号系统从而阻断TNFα致炎作用的产生。同时在对GDF11拮抗TNFα致炎作用的拓展研究中，我们发现了GDF11和天然抗炎物质芒果苷通过拮抗TNFα的作用从而缓解皮炎的发生和发展。此外，我们还发现了小分子肽Ghrelin具有拮抗TNFα从而保护软骨损伤的作用。促炎性细胞因子白细胞介素1β（IL-1β）和TNFα两者都在炎症中发挥着主导作用，为完善促炎性因子的系统化研究，我们进一步还阐明了Ghrelin和辅酶Q10在椎间盘退变疾病中抑制IL-1β的作用从而缓解椎间盘软骨退变疾病的相关发生和作用机制。综上，我们的研究表明，PGRN等一些小分子多肽和临床药物在基于拮抗TNFα-TNFR信号系统转导的基础上，对骨关节炎、类风湿性关节炎、椎间盘退行性变和皮炎等慢性炎症相关疾病的治疗具有重大意义，为与之相关的靶向治疗和药物研发提供新的思路。