自噬在椎间盘退行性变中的作用及其代谢性调控机制研究

The mechanism of intervertebral disc degeneration is not clear, cellular status of nucleus pulposus directly affects the function of the intervertebral disc. Previously we demonstrated that autophagy was upregulated in nucleus pulposus in degenerative discs in rat, and lactate promotes autophagy (data published on J Orthop Res in 2013 and 2014), but we don’t know what’s the exact role of autophagy in IVD and its regulation. So we design the following study to explore the role of autophagy in intervertebral disc. First , autophagy of cells from human nucleus pulposus will be measured to see the autophagy level in different degeneration grade. After that, we culture nucleus pulposus cells, and treat them with drugs or RNA interference reagents which can up- or down-regulate autophagy, again we measure the autophagy. Then we test effect of different metabolic factors, such as oxygen, glucose, lactate, pH, on autophagy of nucleus pulposus cells. As we have found lactate is an inducer of autophagy in nucleus pulposus (data not published), further we will explore the relationship between AMPK signaling pathway and lactate induced autophagy in intervertebral discs. Finally, we up- or down-regulate autophagy in puncture induced IVD animal models discs to see if autophagy can be a target for IVD therapy in vivo. This study is to analyze the role of autophagy in intervertebral discs, and to provide a theoretical basis of taking autophagy as a target for the treatment of disc degeneration.

椎间盘退变的确切发病机制尚不明确，盘内髓核细胞状态直接影响椎间盘的功能。课题组前期在大鼠退变椎间盘中发现髓核细胞自噬增加，并且代谢产物乳酸可上调自噬（J Orthop Res，2013、2014），提示自噬与椎间盘退变关联，且受代谢调控。但是自噬在椎间盘退行性变中的具体作用及其调控机制尚不清楚。本研究在前期研究基础上，首先在人体退变椎间盘中，检验不同退变程度髓核细胞自噬的动态差异；然后在体外细胞实验中以药物及RNA干扰方法上调、下调自噬，研究自噬在髓核细胞中的功能；再者以各种代谢因素（氧、葡萄糖、pH和乳酸）作用于髓核细胞，研究代谢对髓核细胞自噬的调控，并以AMPK信号通路探索乳酸调控髓核细胞自噬的机制；最后构建针刺诱导椎间盘退变动物模型，验证调控自噬对退变椎间盘的治疗效果。本研究通过解析自噬在椎间盘内的作用及其代谢性调控机制，可为以自噬为靶点治疗椎间盘退变提供理论基础。

椎间盘退变的确切发病机制尚不明确，盘内髓核细胞状态直接影响椎间盘的功能。课题组前期在大鼠退变椎间盘中发现髓核细胞自噬增加，并且代谢产物乳酸可上调自噬（J Orthop Res，2013、2014），提示自噬与椎间盘退变关联，且受代谢性调控。但是自噬在椎间盘退行性变中的具体作用及其调控机制尚不清楚。本研究在前期研究基础上，首先在人体退变椎间盘中，检验不同退变程度髓核细胞自噬的动态差异，我们的结果发现退变髓核组织中自噬上调，体外实验发现炎症因子IL-1β亦可诱导髓核细胞自噬上调；以雷帕霉素、白藜芦醇上调自噬，发现可抑制炎症导致的细胞凋亡，3MA下调自噬则加重炎症导致的细胞凋亡，提示自噬是细胞病理条件下的保护机制；再者以各种代谢因素（氧、葡萄糖、pH和乳酸）作用于髓核细胞，发现低氧、低pH和乳酸可诱导自噬上调，而高糖可抑制细胞自噬；同时我们发现代谢产物乳酸可激活AMPK信号通路，后续以AMPK激动剂二甲双胍进行体内外实验发现，其可通过上调自噬抑制髓核细胞凋亡和衰老，并延缓椎间盘退变疾病进展，提示AMPK是髓核细胞病理代谢环境下与其功能密切相关的关键信号通路，并且可以作为将来的治疗靶点。本研究通过解析自噬在椎间盘内的作用及其代谢性调控机制，可为以自噬为靶点治疗椎间盘退变提供理论基础。