基于VEGF-Src信号通路探讨破骨前体细胞分泌的PDGF-BB对激素性骨坏死破坏性骨修复的调控机制

Osteonecrosis of the femoral head (ONFH) is a chronic disease and shows a complicated pathogenesis. Despite various surgical procedures are helpful to relief pain and improve function of the affected femoral head in the early stages, the secondary trauma caused by surgical intervention remains an inevitable clinical problem and surgical procedures may not prevent the deformity and collapse in deteriorating ONFH. Therefore, how to reverse the early stage of ONFH and promote reparative bone remodeling becomes the key on solving undestroyed joint adjacent to lesion areas. Many studies had reported that destructive repair is the main culprit of the subsequent deformity and subchondral collapse in deteriorating ONFH. In our previous researches, we found that activated VEGF-Src signaling mediated destructive repair developing through disturbing the balance of angiogenesis/ osteolysis/osteogensis. PDGF-BB as a key factor and participate into regulating the balance system of angiogenesis/osteolysis/osteogensis was proposed. Thus, this study was designed to elaborate the mechanism of pro-osteoclasts secreted PDGF-BB on regulating VEGF-Src signaling mediated disorder of the system of angiogenesis/osteolysis/osteogensis. By elaborating the relationship between VEGF-Src signaling and PDGF-BB, we would be able to provide a foundation for developing relevant and effective therapeutic strategies to prevent destructive repair taking place in osteonecrotic lesions.

关节置换术后的无菌性松动是目前治疗晚期骨坏死面临的主要临床问题。研究发现骨坏死软骨下骨塌陷是发病持续恶化、最终进行关节置换的重要原因，其中破坏性骨修复是导致激素性股骨坏死、发生软骨下骨塌陷的主要病理性修复过程。我们研究发现持续活化的VEGF-Src 信号介导破坏性骨修复的发生，导致坏死区修缮性血管再生和骨重建机制受损。相关的研究认为破骨前体细胞表达的PDGF-BB是调控修缮性血管再生、进而偶联骨重建的关键因子。本项目拟进一步研究VEGF-Src信号通路在上所述病理过程中与PDGF-BB之间的相互作用机制，探讨PDGF-BB作为预防激素性骨坏死发生破坏性骨修复的可行性。本项目研究旨在进一步为阐明破坏性骨修复的病理过程提供重要的实验数据支持，有望为临床提供预防激素性骨坏死软骨下塌陷的新治疗策略。

破坏性骨修复是导致激素性股骨坏死发生软骨下骨塌陷的主要病理性过程。项目研究阐明了VEGF-Src介导的激素性骨坏死破坏性骨修复的病理机制。干扰VEGF-Src信号，虽然可以改善血管的稳定性和抑制破骨骨吸收功能，但是并不会增加骨形成率及矿化沉积率，坏死区的骨形成依然存在不足。因此本项目研究主要集中于，如何改善坏死区的血管功能，以及如何维持正常的骨转化和骨代谢功能。在骨坏死破坏性骨修复过程中，本项目研究发现实验动物血清中的PDGF-BB下调18%，同时PDGF/VEGF比值也下调。而在发生重建性骨修复的标本的组织学评价中发现PDGF/VEGF比值是上调的。因此通过PDGF-BB干预实验，本项目明确了PDGF-BB对VEGF-Src通路在激素性骨坏死破坏性修复中的相互作用关系。明确PDGF-BB可以调控VEGF-Src通路介导的血管事件和骨骼事件。数据显示，低剂量1µg的PDGF-BB具有较好的骨保护和血管保护作用。而高剂量2µg的PDGF-BB由于促进了破骨细胞形成和功能，而对骨质的保护作用减弱。PDGF-BB对破坏性骨修复中血管再生/破骨吸收/新骨形成偶联作用的调控作用具有浓度选择性。此外，本项目从细胞水平和分子水平进一步系统的分析了外源干预PDGF-BB和VEGF-Src后的作用机制，发现PDGF-BB不仅可以参与调控VEGF-Src信号介导的血管事件和骨吸收事件，还可调动坏死区间充质干细胞的成骨能力。研究结果显示PDGF-BB促进间充质干细胞向成骨分化抑制其向脂肪分化，同时减少脂滴的形成和脂蛋白的合成。针对该项新发现，我们已经申请了发明专利（申请号：201810730670.7）。本项目组基于激素性骨坏死破坏性骨修复的病理机制研究，进行了一系列生物活性可降解骨修复材料的有效性评价（Biomaterials. 153 (2018) 1-13和Biomaterials. 197 (2019) 207-219）。同时构建了一种可加载具有pdgf-b基因修释作用的慢病毒的骨修复生物可降解材料，植入体内后，运用双光子成像技术可视化监测缺损部位的血管形成，结合micro-CT的新骨形成分析，可同步观察PDGF-BB对血管生成/新骨形成的相互偶联作用的调控（Jove-Journal of Visualized Experiments 127 (2017)）。