Ⅱ型胶原的信号调节功能：通过DDR2/整合素α2β1介导调控软骨内成骨的研究

Not only an ordinary structural protein that Collagen Ⅱ is, but also an extraordinary signaling molecular. It is likely to modulate the development of bone and cartilage through interacting with DDR2 and/or Integrin α2β1. Previously we discovered a novel type Ⅱ collagenopathy caused by mutation of p.G1170S in COL2A1, and we constructed a mouse model for the mutation. We found the skeletal development was severely defected in homozygous mutated mouse, implying that Collagen Ⅱ have an unknown but important role in regulating the endochondral ossification. Here, by antagonizing/activating the Collagen Ⅱ, DDR2 and Integrin α2β1 sequentially, we plan a rigorous strategy to study the signaling effect of Collagen II throughout the three levels of the endochondral ossification. Firstly, we will study the effects of Collagen Ⅱ, DDR2 and Integrin α2β1 in regulating the chondrogenesis and osteogenesis of mesenchymal stem cells. Secondly, the effects of Collagen Ⅱ, DDR2 and Integrin α2β1 in regulating maturation of chondrocytes will be measured. Thirdly, we are going to have a look at the effects of Collagen Ⅱ, DDR2 and Integrin α2β1 in regulating development of the growth plate. Through these, we can manifest the signal transductional effect of Collagen Ⅱ in endochondral ossification, explaining the mechanism of type Ⅱ collagenopathy, and offering new perspectives in the treatment of the disease.

Ⅱ型胶原是常见的结构蛋白，更是重要的信号调节分子，可能通过盘状结构域受体2（DDR2）和/或整合素α2β1对骨软骨发育进行调控。我们课题组发现了Ⅱ型胶原基因突变引起的新Ⅱ型胶原病，并构建相应突变小鼠模型，发现纯合突变的小鼠骨骼发育过程明显异常，提示Ⅱ型胶原对软骨内成骨具有未知却关键的调控作用。本研究拟从软骨内成骨的三个层面，对各效应蛋白序贯拮抗与激活，以考察Ⅱ型胶原对软骨内成骨的调控机制。包括：一、干细胞水平：明确Ⅱ型胶原和DDR2/整合素α2β1对间充质干细胞成软骨、成骨分化的调节作用；二、软骨细胞水平：明确Ⅱ型胶原和DDR2/整合素α2β1对软骨细胞成熟的调节作用；三、成骨生长板水平：明确Ⅱ型胶原和DDR2/整合素α2β1对生长板发育的调节作用。最终阐明Ⅱ型胶原对软骨内成骨的信号调节功能，为Ⅱ型胶原病的发病机制提供解释，为其防治措施提供新思路，也为Ⅱ型胶原材料的临床应用提供理论基础。

在基金资助的四年间，本课题组不仅按计划完成了II型胶原在软骨内成骨中调控作用的研究，更对II型胶原在关节软骨退变和椎间盘髓核退变中的信号调控作用以及II型胶原对软骨细胞转分化的调控作用进行了深入探讨，从而系统阐明了II型胶原在软骨/软骨样组织发生、发育及退变中的调控作用。在该基金的资助下取得了优异的研究成果，目前已发表SCI论文4篇，其中IF 5分以上2篇，最高影响因子10.391分；培养6名博士，1名硕士，其中4人获得博士/硕士国家奖学金。 .在本基金项目的资助下，我们开展了如下研究：（1）Ⅱ型胶原在软骨内成骨的调控作用：一方面阐明Ⅱ型胶原对于维持软骨细胞的稳态至关重要，异常的组配的Ⅱ型胶原可引起生长板软骨细胞出现内质网源性凋亡；另一方面揭示了Ⅱ型胶原可以通过ITGB1受体激活ERK1/2，通过其与Smad1分子的相互作用抑制BMP-Smad通路活性，起到抑制软骨细胞肥大分化的作用。（2）II型胶原在关节软骨退变中的调控作用：该研究通过转基因小鼠模型、体外细胞模型及临床患者标本三个层面阐明了II型胶原在抑制软骨细胞肥大分化和退变中经由胞膜、胞浆及胞核内多分子、多层面调控的新机制，提出了II型胶原在OA防治中的应用前景。（3）II型胶原在椎间盘髓核退变中的调控作用：揭示了II型胶原通过稳定髓核细胞代谢状态，抑制其凋亡的作用来阻滞椎间盘髓核组织退变的机制。（4）II型胶原在软骨细胞转分化中的调控作用：本研究通过转基因小鼠模型、体外细胞模型的研究，发现部分II型胶原基因点突变的软骨细胞可从内质网应激凋亡机制中逃逸，并转分化为成骨细胞系，提示了II型胶原对软骨细胞转分化具有一定的调控作用，提出了软骨细胞转分化的新机制。.上述研究阐明了II型胶原在软骨/软骨样组织发生、发育及退变中的重要调控作用，为揭示软骨组织退变性疾病核心发病机制奠定了理论基础，为软骨组织损伤修复、再生医学和组织工程学方面的研究提供了新的思路和治疗靶点。