BDNF通路在骨折愈合过程中调控成骨细胞表达和分泌VEGF的机制研究

No-union of bone fracture is a common serious problem in clinical orthopedics and neurotrophic family play an important role in fracture healing process, however the mechanism remains unclear. Our previous study indicated BDNF promoted VEGF expression and secretion of mice osteoblasts and activated ERK1/2. Therefore, we will investigate the BDNF-Receptor signaling pathway in VEGF expression and secretion, angiogenesis and fracture healing in vitro and vivo. Bone fracture will be controlled by VEGF-mediated angiongenesis through BDNF/receptor (TrkB, p75 NTR or integrin α9β1) interplay signaling including intracellular kinases Src, ERK1/2, AKT, PLCγ and VEGF gene promoter HIF-1α. To explore the function of BDNF signaling in VEGF-mediated angiogenesis, not only can understand the mechanism of bone healing processes but also can prevent and treat the non-union of bone fracture.

骨折不愈合是常见的骨科临床难题，神经生长因子在骨折过程中具有重要作用，但具体机制尚不明确。我们前期研究证实成骨细胞表达BDNF受体TrkB和p75 NTR，且BDNF促进成骨细胞合成及分泌VEGF，并激活ERK1/2。因此我们推测BDNF通过影响成骨细胞合成及分泌VEGF，促进骨折愈合。本研究拟用分子生物学技术，从细胞到动物水平证明：BDNF通过TrkB，p75 NTR或integrin α9β1通路并相互调控，激活Src，ERK1/2，AKT及PLCγ，调控VEGF表达和分泌，影响血管形成，参与骨折愈合调控。阐明BDNF信号通路在合成及分泌VEGF和血管形成中作用，不仅丰富我们对骨折愈合机制的认识， 同时也为临床更准确地预防和治疗骨折不愈合提供坚实的理论基础。

骨折不愈合是骨折的严重并发症，极易导致患者肌肉萎缩、关节僵硬、功能残疾甚至死亡等。由于缺乏对机制的深入研究，骨折不愈合的临床治疗也面临诸多困难。骨折区域的新生血管的生成可将骨形成细胞，细胞因子以及营养成分输送到骨折端，从而影响骨折愈合，而VEGF（vascular endothelial growth factor）是目前调控血管生成的最重要的细胞因子之一。BDNF（brain-derived neurotrophic factor）与骨折愈合和骨代谢密切相关。因此我们的研究内容是BDNF调控成骨细胞合成和分泌VEGF机制以及在骨折愈合中的作用。.我们在离体培养的大鼠成骨细胞中，使用ELISA及Western首先发现BDNF可促进成骨细胞合成及分泌VEGF，并且当作用浓度为50ng/ml，作用时间为12h时效应最明显。然后证实BDNF特异性受体TrkB在成骨细胞中的表达和分布。最后详细探讨BDNF调成骨细胞合成及分泌VEGF的信号机制，简述如下：BDNF作用于成骨细胞可激活TrkB和ERK1/2, 并且当作用浓度为50ng/ml，作用时间为1min时效应最明显。分别使用TrkB和ERK1/2的特异性化学抑制剂K252a和PD98059后，发现BDNF诱导的VEGF合成及分泌明显下降。K252a在明显抑制TrkB的活性时，ERK1/2的活性也明显下降，但PD98059仅仅对ERK1/2有影响。综上，我们证实BDNF可通过TrkB/ERK1/2通路影响成骨细胞的合成及分泌。动物实验中，我们使用小鼠股骨中段骨折模型亦证实BDNF可促进骨折端骨痂的形成。关于integrin的作用，我们进行的研究目前仅证实integrin β1在成骨细胞中的表达，且在BDNF的诱导下，integrin β1的表达也明显增加，但对于具体的机制目前仍在研究之中。.此外，BDNF对骨折愈合的影响，我们还发现其可以通过BCL1/BAX途径影响成骨细胞的凋亡。