Sonic Hedgehog信号通路对椎间盘退变中髓核细胞和纤维环细胞交互作用的调控和干预策略

Disc degeneration mainly originates from the nucleus, and the proliferative ability of the nucleus cell is poor in vivo.The Shh (Sonic Hedgehog) signaling pathway promoted cells proliferation, differentiation and phenotypic in the nucleus, and directly or indirectly promoted the annulus cell proliferation, differentiation and phenotype as well in the embryonic period. But Shh signaling in the nucleus cell is inactivated a few weeks of birth, and what role it plays in the disc degeneration progress is unknown. Our reaserch group apply Smo agonist purmorphamine and recombinant rShh protein to activate the shh signaling pathway in nucleus pulposus cells, the cell proliferation,function is observed , and we take a further a step to observe the interaction effect of the co-cultured annulus nucleus and pulposus cells after activation. The Shh signaling pathway activated co-cultured rat nucleus pulposus and annulus cells were then reimplanted in the degeneration disc in rats, taking MRI MRI, uCT, X line, tissue sections to prove the in vivo effect of Shh signaling activation. This topic is conducive to clarify the effect of Shh signaling pathway activation in the intervertebral disc degeneration and interaction mechanism of nucleus pulposus and annulus cells, and provide new ideas, new methods for treating disc degeneration, disc disease.

椎间盘退变主要起源于髓核的退变，且髓核细胞体内增殖能力较差。在胚胎时期，Shh（Sonic Hedgehog）信号通路促进髓核细胞的增殖、分化和表型，也直接或间接促进纤维环细胞增殖、分化和表型。但髓核细胞Shh信号在出生数周内即失活，且在椎间盘退变中作用机制不明。本课题组采用重组rShh蛋白和Smo激动剂嘌吗啡胺激活人和SD大鼠髓核细胞shh信号通路，观察其增殖、功能、基因表达，共培养纤维环细胞后观察两者的交互作用。且将激活Shh信号通路的共培养大鼠髓核细胞、纤维环细胞再植入大鼠退变椎间盘，采取磁共振MRI、uCT、X线、组织切片验证，在体内证明激活髓核细胞内Shh信号通路的作用。本课题有利于阐明激活Shh信号通路在椎间盘退变中的作用及它在髓核细胞和纤维环细胞交互作用机制，而且对椎间盘退变，椎间盘疾病治疗提供新思路，新方法。

椎间盘是由环状的纤维环、凝胶状的髓核和上下终板组成，其中位于髓核内的髓核细胞（nucleus pulposus cell ）在椎间盘退变中起了重要作用，其退变、再生调控机制的深入研究对椎间盘退行性病变的预防与治疗具有重要意义。Sonic Hedgehog信号通路对胚胎细胞发育分化具有调控作用，在正常成人细胞和肿瘤细胞中也具有一定作用。有文献报道在小鼠胚胎期髓核细胞内有shh蛋白的表达，其表达可维持至出生后数周，并且可以促进髓核细胞分化和增殖。.在本课题中，我们通过Smo激动剂嘌吗啡胺和抑制剂环巴胺，观察其对髓核细胞及纤维环细胞增殖的调节作用，对Ⅱ型胶原、蛋白聚糖Aggrecan、基质金属蛋白酶MMP3/MMP9在mRNA水平和蛋白水平表达的影响。建立大鼠椎间盘退变模型。我们研究比较大鼠髓核细胞（NP）及纤维环细胞（AF）中SHH信号通路蛋白水平及mRNA水平的表达，发现NP中Shh、Ptch、Smo、Gli1 mRNA表达量比AF中的高，NP和AF中Ptch及Gli1的蛋白表达量比较低。加入炎性因子TNFα刺激后Shh通路表达下调。在大鼠NP及AF中加入SHH信号通路激动剂（Purmorphamine）后可以促进NP细胞增殖，可使AF细胞中的Collagen I和Aggrecan mRNA表达升高，但对Collagen II 和Mmp3 mRNA表达的影响不大，对NP细胞表型Collagen II 和Aggrecan mRNA及蛋白水平影响不明显。本课题利用针刺法成功建立了大鼠椎间盘退变模型，通过椎间盘内注射shh激动剂,发现其对延缓椎间盘退变的作用不理想。本课题虽然研究结果是阴性，但我们的研究成果也为后续的相关研究提供了有益的参考。.此外，在课题资金的资助下我们对花生四烯酸代谢产物EET、石榴酸代谢产物Urolithin A及lncRNA在椎间盘退变过程中的作用等其他方面进行了研究。目前在课题的资助下，我们发表了SCI论文共计8篇。