基于CRISPR/Cas9基因编辑技术研究淫羊藿苷上调TAZ表达防治激素性股骨头坏死的作用和分子机制

Steroid-induced osteonecrosis of the femoral head (SIONFH) is a serious threat to human health. Many studies have suggested that the initial step of SIONFH is decreased MSCs proliferation, osteogenic differentiation and increased MSCs apoptosis induced by steroids. Our previous studies have shown that icariin treatment is effective in preventing the occurrence of SIONFH. Our studies have also shown that steroids treatment can inhibit TAZ protein expression in rat mesenchymal stem cells (MSCs), and the inhibited TAZ expression could be restored by icariin treatment. Therefore, we speculated that ‘steroids suppress MSCs proliferation, osteogenic differentiation and promote MSCs apoptosis by inhibiting TAZ to initiate SIONFH occurrence, while icariin activates TAZ expression to prevent the occurrence of SIONFH’. In this study, the effects of steroids and icariin on the functional activities of MSCs will be studied in vitro and the effects of steroids and icariin on SIONFH will be studied in vivo. TAZ expression will also be modulated by the CRISPR/Cas9 gene editing technique to thoroughly discuss the effects and related molecular mechanism of steroids and icariin on SIONFH. This study will provide a novel ideal for the early prevention and treatment of SIONFH.

激素性股骨头坏死（SIONFH）严重威胁人类健康，大量研究提示激素抑制MSCs增殖和成骨分化、并诱导MSCs凋亡为SIONFH发生发展的始动环节。申请人前期研究显示淫羊藿苷（Icariin）能有效预防大鼠SIONFH的发生，并发现激素可抑制大鼠MSCs细胞TAZ蛋白表达，而Icariin干预后TAZ表达抑制得到明显恢复。据此本课题组提出“激素通过下调TAZ表达来抑制MSCs增殖和成骨分化、并诱导MSCs凋亡来启动SIONFH发生，而Icariin能通过激活TAZ表达有效防治SIONFH发生”这一科学假设。本项目拟体外条件下研究激素和Icariin对MSCs功能活性的影响、体内条件下研究激素和Icariin对SIONFH发生的影响。同时以CRISPR/Cas9基因编辑技术调控TAZ表达，深入研究激素和Icariin对SIONFH发生的影响及其分子机制，为SIONFH早期防治工作提供新的思路。

研究背景：.股骨头缺血性坏死（ONFH）是常见的关节致残性疾病，前期研究表明淫羊藿苷（Icariin）能有效预防大鼠SIONFH的发生，深入了解ONFH的发病机制，探索更安全有效的早期ONFH 防治办法，不仅具有重要的临床应用价值，而且具有重大的社会和经济意义。.研究方向：.1、探究Icariin对大鼠脂肪间充质干细胞（ACSs）和血管内皮祖细胞（EPCs）间的交流的调控作用，及其对于骨缺损修复的促进作用及机制。.2、探究Icariin对铁过载所致的成骨细胞及间充质干细胞损伤的保护作用，及其对破骨细胞分化铁过载所致的骨质疏松的影响。.3、探究转录因子YAP蛋白对于脂肪干细胞增殖和分化的调控作用。.4、探究EPCs的损伤在激素性股骨头坏死中的作用及其作为ONFH治疗新靶点的初步探究。.主要内容：.1、明确Icariin对ACSs和EPCs的调控作用及其在骨缺损修复中的作用。.2、明确Icariin对成骨细胞、间充质干细胞和破骨细胞多种生理病理过程的调控作用及机制。.3、明确Icariin对卵巢切除后骨质疏松的治疗作用。.4、明确转录因子YAP蛋白对于脂肪干细胞增殖和分化的调控作用。.5、明确PTEN抑制剂 VO-Ohpic对激素所致的EPCs损伤的保护作用及其对激素性ONFH的预防作用。.重要成果：.1、Icariin能促进ACSs分泌VEGF，进而促进EPCs的成血管能力。.2、Icariin能促进骨缺损模型大鼠的骨再生和血管生成。.3、Icariin能通过抑制细胞内ROS爆发，维持线粒体膜电位，从而起到抑制成骨细胞及骨髓间充质干细胞凋亡的作用。.4、Icariin在体内体外均能抑制破骨细胞的形成，从而起到减轻骨质疏松的作用。.5、转录因子YAP蛋白能促进脂肪干细胞增殖和成骨分化。.6、PTEN抑制剂 VO-Ohpic能减轻激素所致的EPCs损伤，并且能延缓激素性ONFH的病理进展。.科学意义：.1、本课题系统性的阐明了Icariin对骨缺损修复的促进作用及机制。同时探究了Icariin对成骨细胞和间充质干细胞保护作用，及其对破骨细胞形成的抑制作用，为Icariin的临床应用提供了理论基础。.2、本课题拓展探究了PTEN抑制剂 VO-Ohpic能减轻激素所致的EPCs损伤，并且能延缓激素性ONFH的病理进展的作用，为股骨头缺血性坏死的治疗提供了新的思路。