生物钟基因Bmal1调控软骨细胞自噬节律性在海藻糖维持软骨稳态中的作用及机制研究

It is meaningful to study the mechanisms lie in cartilage degeneration and the related treatment strategis. The autophagy exhibits the property of rythmic and is regulated by the circadian rhythm genes. The expression level of circadian rhythm gene Bmal1and autophagy were significantly influenced in osteoarthritis cartilage. Trehalose has protective effect on various bioactive substance. Our previous study demonstrates that trehalose can upregulate the expression of BMAL1 and activate autophagy, And, trehalose can protect cartilage both in vivo and in vitro study. Meantime, down regulating the expression of Bmal1 by using Bmal 1 siRNA could inhibite autophagy and the expression of collagen II. Thus we hypothesized the rhythmic autophagy regulated by rhythm gene Bmal1plays a pivotal role in cartilage degeneration, and trehalose can protect cartilage by regulating the expression of Bmal1 and autophagy. We have also constructed circadian rhythm disorder mouse model and are now constructing Bmal1cartilage conditional knock out mouse model. In the present proposal, employing the models of animal , cell and molecule, we will fully investigate the contribution of Bmal1and autophagy to cartilage degeneration and the treatment of trehalose. This study will offer new insights into the treatment of osteoarthritis.

关节软骨退变机制和有效干预措施有待于进一步深入研究。细胞自噬具有生物节律性，表达水平受生物钟基因的调控。骨关节炎时，软骨细胞内在的生物钟基因Bmal1以及自噬表达水平均受到明显影响。天然糖类海藻糖对多种生物活性物质具有保护作用。我们前期研究发现，海藻糖上调软骨细胞BMAL1表达、激活软骨细胞自噬，并且体内和体外实验均证实对软骨有保护作用；同时，使用siRNA降低Bmal1表达后会抑制软骨细胞自噬并下调II型胶原蛋白表达水平。故推测，软骨细胞生物钟基因Bmal1调控的自噬节律性在软骨退变中发挥重要作用，天然糖类海藻糖可以上调Bmal1及其调控的自噬基因的表达、维持软骨稳态。本项目前期还构建了连续倒时差生物钟紊乱小鼠模型，并正在构建Bmal1软骨条件性敲除小鼠。本课题将在动物、细胞和分子水平深入研究这一机制在软骨退变中的作用以及海藻糖通过这一机制发挥软骨保护作用。为临床治疗骨关节炎提供新视点。

关节软骨损伤等骨关节疾病发病率高、危害大，严重影响人们身心健康。自噬参与多种生物活性过程。作为自噬激活剂，天然糖类海藻糖对多种生物活性物质具有保护作用。早期研究发现海藻糖对动脉粥样硬化、神经退行性疾病等有显著的治疗作用，但在骨关节领域的研究较少。研究海藻糖对骨关节的保护作用意义重大。我们前期研究发现海藻糖能够激活软骨细胞自噬，并且体内和体外实验均证实对软骨有保护作用。本项目在前期工作基础上继续进行了海藻糖对骨关节的保护作用并探究了其机制。主要研究内容如下:一、构建了肝纤维化致骨质疏松大鼠模型，并通过组织学切片发现关节软骨发生明显退变，股骨发生明显骨质疏松改变；并且关节软骨及股骨自噬活性明显降低。为后续研究海藻糖通过调控自噬维持软骨稳态建立了动物模型。二、研究了胆总管结扎后腹腔注射海藻糖后软骨退变和骨质疏松治疗情况，以及具体机制；研究结果发现海藻糖可以明显激活软骨及成骨细胞自噬，减轻软骨退变，并可通过成骨细胞介导的破骨细胞活化减轻骨质疏松。三、构建骨折后不愈合模型，并研究海藻糖通过调控自噬对骨折不愈合的治疗作用；研究结果发现海藻糖可以通过激活自噬调控巨噬细胞极化促进骨折愈合。通过本课题研究，阐明了海藻糖通过影响自噬调控自噬、治疗骨关节炎、骨质疏松的效果及内在机制，以及海藻糖调控自噬促进骨折愈合的机制。为骨关节炎、骨质疏松、骨折等难治性骨科疾病的治疗带来了新的策略。