HMGB1-RAGE信号通路在糖尿病肌腱干细胞错误分化中的作用及其机制研究

Tendon disorder is one of the common complications of musculoskeletal system in patients with diabetes mellitus (DM). It is the main cause of chronic pain, limited joint mobility and tendon rupture in diabetic patients. Collagen fibers disturbance, advanced glycation end products (AGEs) accumulation, granulation tissue formation and intratendinous calcific deposition within tendon tissue are the main histopathological characteristics of tendon disorder, which is closely related to the erroneous differentiation of tendon stem/progenitor cells (TSPCs) in tendon tissue. Recent studies have shown that high glucose can inhibit TSPCs proliferation and regulate TSPCs differentiation, but the potential mechanism of the progress is still unclear. Our preliminary results suggest that high glucose can promote the secretion of inflammatory factor of high mobility group box protein1 (HGMB1) and advanced glycation end-products receptor (RAGE) in TSPCs, and HGMB1 can regulate TSPCs to undergo non-tenogenic differentiation. Based on the previous work, we use rat TSPCs in vitro and rat diabetic tendon disorder model to investigate the role and potential mechanism of HMGB1-RAGE signaling pathway in regulating erroneous differentiation of TSPCs in DM. These findings of the study will provide new insights into the early prevention of tendon disorder in DM patients.

肌腱病变是糖尿病患者运动系统常见的并发症之一，是导致糖尿病患者慢性疼痛、运动受限、肌腱断裂的主要原因，其特征性病理表现为胶原纤维结构紊乱、晚期糖基化终末产物聚积、肉芽组织形成和肌腱内钙化等，糖尿病肌腱病变与肌腱内源性肌腱干细胞（TSPCs）发生错误分化密切相关。最近研究表明，高糖可抑制TSPCs细胞增殖并调控其细胞分化，但具体作用机制尚不清楚。我们预实验结果提示，体外高糖可促进TSPCs分泌炎性因子高迁移率族蛋白1（HGMB1）和晚期糖基化终末产物受体（RAGE）表达，同时HGMB1可调控TSPCs向非肌腱细胞发生错误分化。本研究拟在前期研究的基础上，通过构建大鼠糖尿病的肌腱病变模型和体外培养大鼠TSPCs，利用组织、细胞和分子生物学手段，探讨HMGB1-RAGE信号通路调控糖尿病TSPCs错误分化的潜在机制，为积极防治糖尿病肌腱病变提供新的思路和理论依据。

肌腱病变是糖尿病患者运动系统常见的并发症，糖尿病肌腱病变的病理机制尚未阐明，临床缺乏有效的防治策略。肌腱干细胞（TSPCs）具有自我更新和多向分化潜能，在维持肌腱稳态、促进肌腱损伤修复中发挥重要作用。本项目通过构建大鼠糖尿病肌腱病变模型，成功分离、培养和鉴定了糖尿病大鼠髌腱组织来源的TSPCs，并观察到糖尿病大鼠髌腱组织中的非腱性改变，及糖尿病大鼠髌腱组织来源的TSPCs自我更新能力下降，成骨、成软骨分化潜能增强，成肌腱分化能力降低，即发生错误分化，证实了TSPCs错误分化参与糖尿病肌腱病变的病理过程。通过体外研究阐明了TSPCs受高糖环境影响，高糖诱导TSPCs错误分化；此外，高糖促进高迁移率族蛋白1（HMGB1）的表达和分泌，这在糖尿病大鼠髌腱组织来源TSPCs和糖尿病大鼠髌腱组织中得到了进一步证实，揭示了TSPCs错误分化和HMGB1增加均参与糖尿病肌腱病变的发病过程，是导致糖尿病肌腱病变重要的细胞分子机制。通过体内外重组HMGB1干预综合研究，在细胞、分子和组织学上进一步证实了HMGB1可促进TSPCs错误分化并导致健康大鼠髌腱组织发生组织结构和非腱性改变，表明了HMGB1是糖尿病肌腱病变过程中调控TSPCs错误分化和促进肌腱病变的关键细胞因子。在细胞、分子和组织学层面上确立了糖尿病肌腱病变过程中关键信号通路—HMGB1/RAGE/β-catenin信号通路的激活，分别利用靶向慢病毒和小分子抑制剂阻断该信号通路，操纵该信号轴可改善TSPCs的错误分化和糖尿病肌腱中非成肌腱性改变，进一步阐明了在糖尿病肌腱病变过程中该信号通路在调控TSPCs错误分化和糖尿病肌腱非腱性改变中的作用及其分子生物学机制，为糖尿病肌腱病变的病理机制研究提供新观点，也为临床建立有效的防治策略提供新线索。