青少年特发性脊柱侧凸骨髓间充质干细胞差异蛋白相关"转录因子-miRNA"调控通路研究

Adolescent idiopathic scoliosis (AIS) is a complex three-dimensional severely impairing growth and development of young children, the etiology of which remains unclear. Our previous work(funded by NNSF 30700856) has established differential proteome of mesenchymal stem cells (MSC) of AIS patients, which indicated that "Transcription factor-miRNA" regulation abnormality of these differential expressed proteins may play a significant role in the initiation and development of AIS. In this study, we plan to perform miRNA and mRNA Chip analysis of MSCs from AIS and healthy control group, then predict possible "TF - miRNA - target gene mRNA - differential protein" pathways through bioinformatic analysis of Chip results at two levels.Furthermore, we will choose 3-5 above pathways to conduct following experiments.(1)Investigate the regulational mechanisms of up-stream TFs on its target miRNAs.(2) Explore the regulations of miRNAs on the expression of its target genes and related differential proteins. (3)Perform association study between crucial miRNAs we would have found with clinical characteristics of AIS patients.In summary, the results of our study may help to increase understanding of the cause and pathogenesis of AIS, and hopefully, to find new target for its etiological treatment.

青少年特发性脊柱侧凸（AIS）是一种脊柱三维畸形，严重影响青少年生长发育，其病因不明。我们既往工作(国自然30700856)已建立AIS患者骨髓间充质干细胞（MSCs）差异蛋白谱，并且提示其相关"转录因子-miRNA" 调控异常对疾病发生发展具有重要作用。本课题拟对AIS组和健康对照组的MSCs进行miRNA芯片和表达谱芯片研究，结果经扩大样本验证后，建构生物信息学模型进行数据挖掘，对"转录因子-miRNA-靶基因mRNA-差异蛋白"调控通路行初步预测。进一步选择3-5个核心调控通路深入研究：首先，研究差异表达的上游转录因子对关键miRNA的调控关系；其次，研究关键miRNA对下游靶基因mRNA及差异蛋白表达改变的调控机制；最后，在我们既往构建的AIS标本库中对关键miRNA与AIS临床特征进行关联性研究；本研究结果将有望阐释MSCs在AIS发生发展中的作用，为对因治疗提供新思路和新靶点。

青少年特发性脊柱侧凸（AIS）是一种脊柱三维畸形，严重影响青少年生长发育，其病因不明。本课题2013-2016年度严格按照预期计划进行，依托临床上特发性脊柱侧凸（AIS）大型诊治中心的优势，在既往多年来AIS临床与基础系列研究的基础上，与中国医学科学院沈岩院士生化学实验室、北京华大基因研究中心广泛深入合作，取得了以下研究结果：首先，我们首次构建并鉴定了AIS患者骨髓间充质干细胞（MSCs）水平的差异miRNA及mRNA表达谱，并使用Real-time PCR及Western Blot对其中生物学功能最重要、统计学差异最显著、生物信息学网络分析位于核心位置的关键差异miRNA及关键mRNA进行了验证。其次，我们进一步采用基因信号通路网络分析技术（Gene signal transduction network analysis , Signal-net），构建重要通路中差异基因的信号通路网络图，并从中筛选出SPRY4等24个位于交互网络中核心位置的关键基因；再次，我们基于既往国自然研究（30700856）所得差异蛋白研究结果，进行了AIS骨髓间充质干细胞差异蛋白谱-差异基因谱联合分析，并且首次将AIS骨髓间充质干细胞差异基因谱与既往国际上大规模GWAS研究结果联合分析；上述工作是国际上对AIS患者MSCs进行的首次全面生物信息学分析，为AIS病因学研究提供了重要基因数据信息。最后，我们基于AIS骨髓间充质干细胞差异mRNA、miRNA、LncRNA三大层面的证据，通过深度的生物信息学手段对“lncRNA-miRNA-mRNA”网络进行分析，最终锁定“LncRNA ENST3347--miRNAs-SPRY4”作为关键调控通路。我们的初步探索结果发现：LncRNA ENST3347、miR-23b-5p/miR-181b、靶基因SPRY4在基因序列、表达趋势和生物学功能均符合ceRNA的作用机制，并与疾病MSCs成骨分化降低及临床低骨量趋势一致。此重要研究发现为下一步深入探索AIS发病机制提供了重要基础。我们锁定的LncRNA ENST3347、miR-23b-5p/miR-181b、SPRY4基因有望成为AIS早期诊断和治疗的重要标志物。我们期望在国自然基金未来的进一步资助下，深入探索该通路的调控机制，有望在AIS病因学领域取得突破性进展。