基于力学损伤模型研究河蚌葡聚糖减缓半月板过度肥大和钙化作用的分子机制

Meniscal degeneration is one of the important pathological links in the occurrence and development of knee osteoarthritis. Our previous researches have confirmed that the abnormal mechanical loading will increase the meniscus hypertrophy, calcification and MMP13 mRNA, protein expression, which aggravate the development of knee osteoarthritis. However, the molecular mechanism of excessive meniscus hypertrophy and calcification caused by the abnormal mechanical loading is not clear. According the related literature, the abnormal mechanical loading can activate the P38-MAPK signal pathway, which lead to the increase of MMP13 expression and tissue degeneration. Meanwhile previous studies also showed that Rougan Yangjin Prescription，mussel and HBP-A, its active ingredient can restrain MMP13 mRNA and protein expression and perform protective effects on articular cartilage. Therefore, from the entry point of P38-MAPK signal pathway, this project explores the regulatory factors of excessive meniscus hypertrophy and calcification caused by the abnormal mechanical loading in vivo and vitro models. We also study the regulatory effects of HBP-A on P38-MAPK signal pathway. Eventually, experimental basis will be provided for the molecular mechanism of HBP-A which could slow down meniscus hypertrophy and mineralization and offer cartilage protection.

半月板退变是膝骨关节炎发生、发展的重要病理环节之一，本课题组前期研究已证实异常力学刺激导致半月板出现过度肥大、钙化和MMP13 mRNA、蛋白表达的上调，从而加剧膝骨关节炎的病理过程。然而异常力学刺激引起半月板过度肥大和钙化的分子生物学机制并不明确。相关文献报道异常力学刺激可导致P38-MAPK信号通路的激活，进而引起MMP13表达的增加，引起组织退变。同时既往研究也显示柔肝养筋中药复方和单味药河蚌肉及其活性成分河蚌葡聚糖都能够抑制MMP13mRNA、蛋白的表达，并表现出一定的软骨保护作用。故本课题以P38-MAPK信号通路为切入点，通过动物体内和细胞体外力学损伤模型，研究异常力学刺激引起半月板过度肥大和钙化的具体调控因子，并揭示河蚌葡聚糖对这一信号通路上游及下游相关靶点的调控作用，为阐明其减缓半月板过度肥大和钙化及软骨保护作用的分子机制提供实验依据。

基于课题前期研究，我们认为异常力学刺激能够激活P38-MAPK信号通路，并通过上调其下游底物caspase-3的表达，导致HDAC4的降解，是引起半月板内肥大标志物和钙化相关因子上调的重要分子生物学机制。柔肝养筋中药河蚌肉活性成分河蚌葡聚糖通过调控P38-MAPK信号通路上游及下游相关靶点，起到减缓或抑制半月板过度肥大和钙化及软骨保护的作用。 为验证我们科学假说的真实性，本课题将体内膝关节力学损伤动物和体外异常力学加载.半月板纤维软骨细胞为研究模型，研究异常力学刺激对P38-MAPK信号通路上游及下游相关靶点的调控作用，以及河蚌葡聚糖能否通过调控该信号通路而起到减缓或抑制半月板过度肥大和钙化及软骨保护的作用。.动物体内实验结果，河蚌葡聚糖HBP-A（0.3mg/ml）能够降低膝关节力学损伤（ACLT）导致的半月板过度肥大（内外侧宽度增加）、内侧半月板钙化面积和钙化强度、内侧半月板不同程度的损伤退变、胫骨关节软骨不同程度的损伤退变、膝关节内侧半月板病理性肥大蛋白标志物（MMP13、Runx2、Ihh）和病理性钙化蛋白标志物（ALP、ANKH）的表达、胫骨关节软骨病理性退变蛋白标志物（MMP13、Runx2、Ihh、ALP）的表达、半月板组织MMP13、Runx2、Ihh和IL-1β在mRNA的表达。细胞体外实验结果，HBP-A（0.3mg/ml）可预防10%的拉伸力干预24h引起的半月板纤维软骨细胞退变、细胞增殖抑制、细胞凋亡、细胞肥大和钙化、肥大和钙化相关影响因子MMP-13和Runx2质粒表达，抑制P38-MAPK信号通路关键靶点，下调其下游底物caspase-3的表达，导致HDAC4的降解而起到降低半月板纤维软骨细胞钙化和肥大相关蛋白表达的作用。.结果证实，异常力学刺激能够激活P38-MAPK信号通路，并通过上调其下游底物caspase-3的表达，导致HDAC4的降解，是引起半月板内肥大标志物和钙化相关因子上调的重要分子生物学机制。柔肝养筋中药河蚌肉活性成分河蚌葡聚糖通过抑制P38-MAPK信号通路上游及下游相关靶点，起到减缓或抑制半月板过度肥大和钙化及软骨保护的作用。