一种骨诱导性化合物的发现及其骨修复性能的评价和机制研究

探寻具有调控细胞成骨性分化、诱导骨生成的化合物，是加速骨修复和防治代谢性骨丢失疾病研究领域的长期致力目标。基于申请者筛选、发现的一种易透过细胞膜、无细胞毒作用、可人工合成的小分子化合物－OIC-A006，可诱导骨髓基质干细胞成骨性分化和体内异位诱导成骨的初步研究结果，本课题在体内外进一步验证OIC-A006的骨诱导性，确定其诱导骨形成的最佳有效剂量，深入探讨OIC-A006调控基质干细胞和成骨细胞分化特征、功能表型变化和诱导骨生成的发生机制及其关键作用环节，筛查和分析相关的信号传导途径和分子靶点，了解诱生的骨组织结构和质量，评估其骨修复性能。这不仅是已获得的具有自主知识产权的研究成果的拓展，有助于形成新型诱导性骨修复材料，而且对更多骨诱导化合物的筛选及其结构修饰与发现、提出防治代谢性骨病新的药物治疗措施，符合该领域新的研究方向。

通过在OIC-A006干预下原代培养骨髓间充质干细胞，应用RT-PCR和Realtime-PCR等试验技术检测ALP, OPN, Cbfa1, Pro-collagenⅠ以及Pro-CollagenⅡ等成骨性标志基因,显示OIC-A006可明显促进成骨性标志基因的表达；通过免疫细胞化学技术检测OPN、放射免疫方法检测OC、Von Kossa 染色和茜素红染色等实验技术显示OIC-A006促进骨髓基质干细胞成骨性分化。通过在OIC-A006干预下行新生颅骨和跖骨组织旋转培养，显示OIC-A006可以明显促进颅骨及跖骨生成。将OIC-A006注射至小鼠肌袋内，一周后即有软骨和细胞外特异性异染物质形成，显示出OIC-A006具备促进体内异位骨组织形成能力。体内外研究表明：OIC-A006具有明显的骨诱导性能。进一步研究发现：在OIC-A006诱导骨形成的同时，smad4蛋白表达明显增加；利用RNAi技术，阻遏smad4的转录及表达后，OIC-A006对OPN的表达促进作用明显减弱；检测在293T细胞中OPN启动子的表达情况，结果显示OIC-A006对OPN转录活动具有明显的促进作用。研究者认为该化合物呈现类似Smad复合体的作用，可以促进Smad4的表达，并通过smad4发挥其成骨作用。同时，OIC-A006可以直接影响OPN启动子，从而激活OPN基因的转录过程而实现其诱导成骨作用。结果发现：OIC-A006通过直接激活或触发与BMPs信号传递过程中相同的分子事件而实现其诱导成骨。煅烧骨作为载体通过负压技术复合OIC-A006，将OIC-A006与煅烧骨形成的复合物植入兔颅骨缺损部位，在试验中通过对兔颅骨缺损植入术后第4周、第8周应用X线、Micro-CT、硬组织化学和四环素荧光标记等技术观察并系统评价了OIC-A006复合煅烧骨组与单纯煅烧骨组在促进兔颅骨缺损的修复中的差异。实验表明OIC-A006复合煅烧骨组能够明显地促进骨缺损的修复。本课题为OIC-A006的研发应用和更广范围的筛选骨诱导化合物提供理论指导依据。这不仅有助于克服骨组织提取或基因重组BMPs在应用中面临的相关问题，而且符合该领域的发展趋势，且必将产生巨大的社会和经济效益。. 本项目顺利完成，取得了预期研究成果。已发表论文10篇，其中5篇SCI，SCI影响因子合计11.611,培养研究生4名。