骨关节退行性疾病组织特异性干细胞功能活性改变及其表观遗传学调控

退行性骨关节疾病是一类由多种环境性和遗传性致病因素共同参与的复杂性疾病，主要病理特征是疾病组织内细胞功能活性减低以及细胞外基质的合成-降解平衡失调。组织特异性间充质干细胞（MSC）受微环境因素的影响，是各种致病因素的靶细胞，也是致病机制的参与者。本项目着眼于骨关节退行性疾病组织内MSC的功能活性变化，以及表观遗传学机制的调控作用。分离提取退变的椎间盘组织和骨关节炎软骨组织内MSC，研究其增殖和分化潜能的改变，检测其以全基因组DNA甲基化模式及微小RNA表达谱式为代表的表观遗传学特征。进一步，研究椎间盘和软骨组织内最主要的微环境因素- - - - 低氧，以及低氧诱导因子HIF-1a和HIF-2a修饰后MSC功能活性的改变，以及表观遗传学机制在其中的作用。最后，应用DNA甲基化酶抑制剂和特定微小RNA的表达修饰等措施，尝试从表观遗传学角度改进MSC功能活性，以探索治疗退行性骨关节疾病的个体化方法和策略

退行性骨关节疾病主要病理特征是疾病组织内细胞功能活性减低以及细胞外基质的合成-降解平衡失调。组织特异性间充质干细胞（MSC）受微环境因素的影响，是各种致病因素的靶细胞，也是致病机制的参与者。本项目成功地对OA组织中骨软骨前体细胞（OCPs）进行分离鉴定及功能活性检测,完成对OA组织中CD146+OCPs的miRNA表达谱式分析。运用Cre/loxp重组酶系统，本课题组构建了小鼠OCPs沉默表达PLCg1的条件性基因敲除小鼠模型。验证了PDGF/PDGFR/PLCg1信号通路激活后对小鼠OCPs增殖迁移活性的调控作用。. 低氧环境因素对调控软骨细胞增殖分化与功能活性有重要作用，低氧条件能够增加蛋白多糖的合成，并且正向调节软骨发生标志基因的表达（SOX5，SOX9，Col2α1，Aggrecan）。研究证实PFKL和PGK1是通过HIF-1α调节。HIF-1α敲除后，葡萄糖摄取也明显下降。提示低氧环境通过协调软骨细胞分化和葡萄糖代谢促进工程化软骨发生。. EPO是在低氧环境下，机体组织细胞产生的重要反应性因子。我们发现EPO及其受体信号参与调节骨骼系统的发育和再生。另外，低氧诱导因子HIF-1α和HIF-2α对维持椎间盘及关节软骨的正常功能非常重要。HIF信号通路激活剂去铁胺（DFO）显著提高了HIF-1α蛋白表达及转运入核。在软骨祖细胞中，DFO可提高其增殖、克隆能力，并增加周期蛋白D1的表达。同时，DFO能明显促进软骨祖细胞分化，增加软骨分化标志物基因和蛋白表达，提高蛋白多糖分泌。通过持续性激活HIF-1α，DFO可模仿低氧微环境来提高软骨细胞增殖、分化能力,提高MSC的迁移能力。体内实验结果显示，通过增加软骨系细胞增殖、分化、蛋白多糖合成，包载DFO的藻酸盐给药系统显著提高了软骨缺损组织的修复效果。另外，植物小分子淫羊藿苷(ICA) 对小鼠软骨细胞生物学行为的调节及促进关节软骨修复的作用。.针对骨关节病可能发病机制之一是内源性干细胞的退行性病变导致的软骨组织再生与修复障碍。KGN这种小分子化合物可间充质干细胞定向诱导分化为软骨细胞并刺激间充质干细胞的增殖。结果可为进一步研究KGN作为组织内源性干细胞激活制剂提供依据。