LnR-BM在衰老相关性骨髓间充质干细胞命运转化偏移发生机制中的作用

Age-related osteoporosis is caused by the fact that bone marrow mesenchymal stem cells (BMSCs) from elderly subjects tend to differentiate into adipocytes rather than osteoblasts. We have identified that the expression of the BMSCs differentiation related LncRNA (LnR-BM) from aged mice is significantly down-regulated than those of young mice. This study is designed to investigate the role of LnR-BM on age-related fate shift between osteoblast and adipocyte differentiation directions in BMSCs. First, LnR-BM interference mice model will be constructed by using Aptamer based RNAi technique, we can observe BMSCs differentiation, find out if this kind of mice present the characters of fat accumulation and bone formation reduction. Then, we will identify the downstream target proteins and signal pathways using LncRNA microarray, RNA pull-down technique, and validate the core function sequence of LnR-BM. Furthermore, based on the BMSCs specific Aptamer delivery system, we will explore the treatment of age-related bone loss by delivering the core function sequence of LnR-BM to aged mice. This study will help to clarify the age-related regulating mechanism of the transdifferentiation between osteogenesis and adipogenesis in BMSCs, and enable therapeutic improvement of osteoporosis in elderly people.

衰老进程中骨髓间充质干细胞（BMSCs）发生向脂肪细胞分化的命运转化偏移，引起老年性骨质疏松。我们前期研究鉴定出BMSCs分化相关的LncRNA（LnR-BM），并发现其在老年小鼠BMSCs中表达明显下调。本课题拟解析LnR-BM在衰老相关性BMSCs命运转化偏移发生中的作用机制。首先用我们已建立的BMSCs特异性Aptamer结合系统，构建BMSCs特异性LnR-BM表达减低小鼠，研究LnR-BM减少对BMSCs分化能力以及命运转归的影响，并观察小鼠是否出现骨形成减少、骨髓腔脂肪累积等骨衰老表型。进而用基因芯片及信号网络分析、RNA pull-down等技术识别出LnR-BM调控的关键蛋白及其下游信号通路，阐明其作用机制。再投送LnR-BM至老年小鼠BMSCs，观察其对老年性骨丢失的治疗作用。本研究有助于阐明衰老影响BMSCs命运转归的机制，为老年性骨质疏松防治提供新途径。

骨髓间充质干细胞(BMSCs)成骨细胞分化偏移是导致骨质流失的主要原因。我们前期鉴定出一个与BMSCs分化相关的lncRNA Bmcob，并发现其调控小鼠原代BMSCs的成骨分化，本课题旨在通过进一步研究解析Bmcob在衰老相关性BMSCs命运转化偏移发生中的作用机制。我们发现Bmcob表达水平在成骨细胞分化的早中期显著上调。体外实验中，沉默Bmcob，BMSCs成骨分化受到抑制，而过表达Bmcob则能保护BMSCs免受氧化应激诱导的成骨抑制。随后,我们发现位于Bmcob基因旁边的硒蛋白P (Sepp1)基因与Bmcob发挥调控BMSCs分化作用相关。Bmcob敲减后一系列硒蛋白在BMSCs中表达下调。机制研究中，我们发现Bmcob与合成硒蛋白的关键反式作用因子硒半胱氨酸插入相关序列结合蛋白2 (SBP2)相关联。因此我们可以得出科学解释：通过调节SBP2的核质穿梭，Bmcob调控包括Sepp1在内的大量硒蛋白表达，从而调控BMSCs的成骨分化。上述研究成果发表在BBRC，2018。本课题还通过研究高骨量综合征家系突变基因，鉴定出Reg1cp突变位点，并筛查出其下游结合蛋白为KLF3，成功构建KLF3flox小鼠、血管内皮细胞特异性KLF3基因敲除小鼠模型、血管内皮细胞特异性KLF3基因过表达小鼠模型，通过表型分析Reg1cp/KLF3在成骨血管生成中的作用，筛选出与突变Reg1cp功能类似的小分子化合物麦冬皂苷（Ophiopogonin D），并证实Ophiopogonin D与KLF3蛋白结合，使用Ophiopogonin D干预老年小鼠，确证使用KLF3拮抗剂Ophiopogonin D干预骨质疏松模型小鼠可促进小鼠骨形成，上述研究成果发表在J Exp Med，2019。