基于cAMP-CREB1-HDAC8通路探讨BMSC在颌骨骨纤维异常增殖症中的发病机制

The jaw fibrous dysplasia (FD) is characterized by osteogenic differentiation disorder and high proliferation activity of bone marrow stromal cells (BMSCs). There is still a lack of completed and effective therapy. cAMP-CREB pathway activated by GNAS gene mutation is closely associated with the onset of FD. However, the critical issue which remains to be solved is that how this pathway is involved in the pathogenesis of FD by regulating osteogenic differentiation and proliferation activity of BMSCs. Our previous studies have revealed that HDAC8 inhibits osteogenic differentiation of BMSCs by epigenetic regulation, importantly, higher HDAC8 is expressed in FD BMSCs compared to those healthy BMSCs. Moreover, there exist possible binding-site between CREB1 and the promoter of HDAC8 gene. In the present study, small chemical intervention, RNAi, ChIP are applied to analyze the osteogenic differentiation, proliferation activity and functional relationship between molecules of BMSCs regulated by cAMP-CREB1-HDAC8 pathway. The therapeutic effects of inhibitor and HDAC8 knockdown in nude mice models implanted with FD BMSCs are further determined to inhibit proliferation and promote osteogenesis, thus improving the bone microstructure. Our study will provide insights into the molecular regulation mechanism of FD development and progression, and offer novel clues to the clinical treatment of FD.

以骨髓基质细胞（BMSCs）成骨分化障碍及过度增殖为特征的颌骨骨纤维异常增殖症（FD）尚无有效的治愈方法，GNAS基因突变激活cAMP-CREB通路与其发病紧密相关。然而，该通路如何通过调控BMSCs成骨分化及增殖活性参与FD发病是有待解决的关键问题。我们前期研究发现：组蛋白去乙酰化酶8（HDAC8）抑制BMSCs成骨分化且在FD中高表达，CREB1与HDAC8启动子存在结合位点。本项目拟采用化学小分子干预、RNAi、染色质免疫沉淀等技术，分析cAMP-CREB1-HDAC8 通路调控BMSCs成骨分化、增殖活性及分子间功能关系；并探索抑制剂及HDAC8干扰在FD BMSCs裸鼠移植模型中抑制增殖、促进成骨分化、改善骨质结构的可行性和有效性。本研究不仅有助于深入认识FD的发病机制，而且有可能为临床治疗FD提供新思路。

项目背景：骨纤维异常增殖症（FD）是一种以面部膨隆畸形、疼痛、病理性骨折为主要临床表现的非遗传性骨骼疾病。现有研究认为，FD是由骨髓基质细胞或成骨前体细胞GNAS基因突变导致的第二信使环腺苷酸(cAMP)合成量增加所导致，但cAMP如何调节骨髓间充质干细胞（BMSCs）的生物学行为尚不明确。本项目基于前期对于FD患者BMSCs（FD BMSCs）及正常人BMSCs中组蛋白去乙酰化酶8（HDAC8）的表达差异研究，探讨cAMP-CREB1-HDAC8通路在FD中的调控机制，为进一步认识FD发生发展的分子机制及对该疾病的临床治疗提供实验依据。.主要研究内容：1、比较正常BMSCs（BMSCs）及FD BMSCs成骨分化、增殖活性及cAMP、CREB1、磷酸化CREB1、HDAC8等分子表达的差异。2、分别通过应用cAMP激动剂作用于BMSCs、HDAC8抑制剂及HDAC8小分子干扰RNA作用于FD BMSCs从成骨分化、增殖活性及cAMP、CREB1、磷酸化CREB1、HDAC8等分子表达方面进行差异研究，并采用染色质免疫共沉淀、双荧光素酶报告基因等检测手段，分析CREB1及HDAC8间的功能调控关系。3、建立正常BMSCs及FD BMSCs复合HA/TCP裸鼠异位成骨模型，观察cAMP/HDAC8抑制剂及HDAC8敲减等干预手段对FD BMSCs异位成骨及增殖活性的影响。.重要结果及科学意义：本项目按照计划安排进行，基本完成预期目标，主要完成的研究内容如下：1、通过与BMSCs的对比研究，证明FD BMSCs具有较差的成骨分化能力及较强的增殖活性，并且磷酸化CREB1、HDAC8等分子在FD BMSCs中高表达。2、外源性增强BMSCs中cAMP浓度后BMSCs表现出与FD BMSCs 类似的生物学特征，应用HDAC8抑制剂及小分子干扰RNA作用于FD BMSCs能够改善其成骨分化不良及高增殖活性等生物学特性。CREB1与HDAC8启动子区结合并调控其表达可能是FD发生的分子机制。3、HDAC8抑制剂及HDAC8敲减等干预手段对FD BMSCs裸鼠皮下异位成骨分化具有促进作用。本研究对于FD的发病机制深入认识及临床治疗提供了新的思路。