TSH在软骨细胞分化和骨关节炎中的作用及其机制研究

The chondrocyte differentiation plays essential roles in the pathogenesis of osteoarthritis (OA), and the systematic regulation of chondrocyte differentiation gains more and more attention. TSHR is strongly expressed in chondrocyte and TSH stimulation can decrease the expression of collagen II. However, it remains unknown if TSH can control chondrocyte differentiation directly. Our previous studies showed that the cartilage degeneration was protected in TSHR knock out mice, and the in vitro studies demonstrated an accelerated differentiation of chondrocyte due to a Ihh/PTHrP induced reduction of collagen II expression, indicating a potential mechanism for a direct regulation of chondrocyte differentiation by TSH. In this study, we aim to focus on Ihh/PTHrP pathway to investigate the effects of TSH on chondrocyte differentiation and OA progression by analyzing TSHR knock out mice, a surgically induced OA mouse model in vivo, ATDC5 cell line and primary chondrocyte cultured both in monolayer and three dimensional alginate beads in vitro. With the help of advanced molecular techniques such as gene knock out, shRNA interference and real-time PCR-array, the current study will provide evidence for further understanding of the role of TSH in cartilage metabolism and homeostasis, and shed new insight on the mechanism and intervention for OA progression.

软骨细胞分化异常是导致骨关节炎(Osteoarthritis, OA)的关键环节，对软骨细胞分化的系统调控的研究日趋重要。已有研究证实TSHR在软骨细胞表面强表达，且TSH能降低软骨细胞II型胶原的表达，而TSH能否直接调节软骨细胞分化尚不清楚。我们的前期工作发现在TSHR基因敲除小鼠中软骨的退化得到保护；另外II型胶原表达的下降可以通过Ihh/PTHrP信号通路加速软骨细胞分化，提示TSH可能通过该通路调节软骨细胞分化。本项目以TSHR基因敲除小鼠、OA模型小鼠、软骨细胞分化模式株和原代软骨细胞为研究对象，采取体内与体外相结合、二维和三维培养相补充的策略，利用基因敲除、shRNA转染、基因芯片等研究方法，多层次、多角度地论证TSH对软骨细胞分化的调控及其对OA的影响，从机制上着重研究Ihh/PTHrP通路的作用，有助于加深认识TSH在软骨代谢中的作用，并为OA发生发展机制的研究提供新思路

亚临床甲状腺功能减退（Subclinical hypothyroidism, SCH）患者甲状腺激素水平正常，但血清促甲状腺激素（Thyroid-stimulating hormone，TSH）水平升高。据报道，高TSH与甲状腺功能减退小鼠骨骼发育异常有关。然而，细胞机制尚未完全了解。软骨细胞分化异常是导致骨关节炎(Osteoarthritis, OA)的关键环节，对软骨细胞分化的系统调控的研究日趋重要。本项目利用成软骨细胞株、原代软骨细胞、基因敲除小鼠发现，TSH刺激抑制了体外培养的成软骨细胞株ATDC5向软骨细胞分化，同时降低了原代小鼠软骨细胞的增殖并加速其分化。在分子机制层面，一方面明确了TSH对软骨细胞分化的影响是Ihh/PTHrP信号通路非依赖性的。另一方面发现，TSH刺激打破了原代软骨细胞MMP13和ADAMTS5介导的细胞外基质的动态平衡。进一步研究发现，TSH对软骨细胞分化的调控与其自噬水平有关。TSH刺激降低了原代软骨细胞的自噬水平，且与mTOR/AMPK信号通路密切相关。同时，自噬相关蛋白p62通过介导NF-κB信号通路影响了TSH刺激原代软骨细胞炎症因子的分泌。并且我们进一步发现，TSH刺激后PMCs线粒体形态、结构和功能等发生了改变，伴随着氧化应激升高，糖酵解能力下降。同时我们对TSHR基因敲除鼠进行了骨密度分析和软骨标志物表达分析，并进一步明确了TSHR敲除对小鼠关节退行性病变的保护性作用。该项目的完成为垂体轴和骨骼系统之间的关系提供了直接证据，有助于加深认识 TSH 在软骨细胞分化中的作用，并为 OA 发生发展机制的研究提供新思路和治疗的新靶点。目前已发表 SCI 收录论文5篇，其中第一或通讯作者3篇，其他位次2篇，还有一片文章正在撰写中。培养硕士3名，1名已经毕业，两名在读。