CKIP-1通过抑制经典Wnt信号通路调控的BMMSCs成骨分化影响骨质疏松的机制研究

How to treat osteoporosis (OP) by stimulating the osteogenic differentiation of bone marrow mesenchymal stem cells (BMMSCs) is a hot topic in biomedical research field. Literatures and our preliminary data indicated that Casein Kinase-2 Interaction Protein-1 (CKIP-1), as a negative regulator of bone formation, could play an important role in BMMSCs osteogenic differentiation by inhibiting canonical Wnt signaling pathway, especially the pathway mediated by Lrp5. To further investigate this possibility, we obtained CKIP-1 knockout mice and Lrp5 knockout mice and proposed to examine the bone tissues and the BMMSCs from these single and double knockout mice to determine whether CKIP-1 could affect bone mass through canonical Wnt signaling pathway and whether CKIP-1 could influence osteogenic differentiation of BMMSCs through canonical Wnt signaling pathway. Subsequently, the mechanism of how CKIP-1 regulates the osteogenic differentiation of BMMSCs through canonical Wnt signaling pathway will be explored by molecular experiments. Finally, intra-bone marrow local injection of CKIP-1-siRNA into OVX mice will be performed, and the treatment effects on OP and the molecule changes in canonical Wnt signaling pathway will be evaluated. In summary, results from the proposed experiments will shed light on whether CKIP-1 could regulate osteogenic differentiation of BMMSCs by inhibiting canonical Wnt signaling pathway. These results could also provide us a new target to treat OP in clinical.

增强骨髓间充质干细胞(BMMSCs)成骨分化能力以改善骨质疏松(OP)是医学领域研究热点。文献报道和我们前期研究表明，CKIP-1作为骨形成的负调控因子，可能通过经典Wnt信号通路，特别是Lrp5介导的经典Wnt信号通路在BMMSCs成骨分化中发挥重要作用。本项目拟利用CKIP-1和Lrp5单基因和双基因敲除小鼠，首先在动物组织水平观察小鼠骨质变化，同时通过细胞学实验评估BMMSCs成骨分化能力，从而确定CKIP-1是否可通过经典Wnt信号通路来影响骨质变化。随后在分子水平进一步研究该分子通过经典Wnt通路调控BMMSCs成骨分化的机制。最后借助局部注射CKIP-1-siRNA的OVX小鼠模型，验证该基因沉默后经典Wnt信号通路关键分子的变化及其改善OP症状的效果。从而系统解决CIKP-1能否通过拟制经典Wnt信号通路调控的BMMSCs成骨分化而对OP产生影响，为临床改善OP症状提供依据。

增强骨髓间充质干细胞（BMMSCs）成骨分化以改善骨质疏松（OP）是医学领域研究热点。CKIP-1是近年来发现的骨形成关键负调控因子，然而其对BMMSCs的作用机制尚不完全清楚，且基于该靶点的治疗策略尚不完善。由此，本项目利用CKIP-1基因敲除小鼠，首先，借助影像学、组织学技术，分析CKIP-1敲除对动物骨量、骨微观结构与骨平衡的影响。结果证实，CKIP-1敲除：①促进松质骨骨量增加而不影响皮质骨；②骨胶原比例正常；③促进成骨而不影响破骨。从而明确了CKIP-1对骨组织的影响，打牢应用基础。同时，构建CKIP-1沉默成骨细胞系，并提取敲除小鼠原代BMMSCs，对细胞生存、凋亡、周期及成骨分化进行系统检测，并基于前期猜想，进一步沉默经典Wnt信号通路关键膜受体Lrp5。结果显示，CKIP-1沉默或敲除：①促进BMMSCs增殖与成骨分化；②可通过经典Wnt信号通路调控成骨。随后，进一步借助分子生物学技术，检测分析CKIP-1调控经典Wnt信号通路过程中的关键分子。结果显示，CKIP-1沉默或敲除可导致Lrp5升高，进而促进下游关键标志分子β-catenin蛋白表达及磷酸化，表明CKIP-1可通过Lrp5介导经典Wnt信号通路调控成骨。最后，开发骨靶向基因递送系统，包载CKIP-1 siRNA，全身注射治疗OP小鼠，借助材料学、影像学、组织学、生物力学技术，验证并评估靶向沉默CKIP-1治疗OP的安全性、有效性。综上，本项目的完成解决了沉默CKIP-1可通过经典Wnt信号通路促进BMMSCs成骨分化进而治疗OP这一科学问题，并为基于其的靶向治疗提供实验依据。本项目研究内容进展顺利，已发表SCI论文7篇（均标注资助），中文核心论文3篇；授权国家发明专利1项；参加国际国内学术会议6次，其中2次大会发言；培养博士1人、硕士4人，其中1人获省优秀硕士论文；申请人获邱蔚六“曙光奖”。