阿司匹林对糖尿病BMSCs中Runx2表观遗传修饰调控的机制研究

Because local and metabolic factors block the regeneration of bone tissue, the repair of oral and maxillofacial defects in diabetic patients is a big challenge in stomatology. Acetylation of aspirin, especially on histone, is essential in metabolic diseases and differentiation of stem cells. The specific mechanisms need to be further clarified. Rat BMSCs (bone marrow mesenchymal stem cells) were used in this study, with high glucose cell culture (analog diabetes).The methods of bisulfite sequencing method, ChIP technology, Real time PCR, Western blot, immunofluorescence, Micro CT et al will be used to testify the action mechanism of aspirin in diabetic models. And elucidate the effects of aspirin on histone of BMSCs in high glucose culture. We will verify the function changes of the cells from aspects of cell proliferation, differentiation and apoptosis. Focusing on the key transcription factor Runx2, we are aiming to find out the acting point of aspirin during the process of chromatin remodling in BMSCs. We will elucidate the effects of aspirin on bone critical defect in diabetic animal model both in short and long term experiments. Our research target is to provide epigenetic theory support on aspirin (and other Acetylation medicine) in the tissue regeneration of metabolic diseases.

糖尿病人颅颌面骨缺损是口腔医学亟需解决的难题。阿司匹林乙酰化作用，特别是对组蛋白的乙酰化在代谢性疾病和干细胞分化中至关重要，其详细机制还有待进一步阐明。本项目以模拟糖尿病环境下大鼠骨髓间充质干细胞为研究对象，利用重硫酸盐测序、ChIP、Real time PCR、Western blot、免疫荧光、Micro CT等多种实验方法，从分子、细胞和组织水平多方面探讨。阐明阿司匹林在高糖环境下对骨髓间充质干细胞组蛋白的影响，从细胞增殖、分化、凋亡等方面观察细胞功能，进而模拟体内组织中缺损区域干细胞的功能变化；并针对关键转录因子Runx2启动子区的表观遗传修饰进行研究，以期找到阿司匹林在染色质重组过程中具体的组蛋白作用位点；从短时间组织内干细胞的转归和长期的成骨情况来观察并评价阿司匹林的作用。为阿司匹林这类乙酰化药物在代谢性疾病组织再生领域的研究从表观遗传学的角度提供一定的理论支持。

随着对骨髓间充质干细胞的研究逐渐深入，对于它的多向分化和免疫调节能力的相关报道也逐渐增多，而阿司匹林做为一种价格低廉的临床常用药，有报道它可以起到预防及治疗骨质疏松的作用，并且可以参与调节间充质干细胞的多向分化能力，还有研究报道阿司匹林可以促进间充质干细胞的成骨分化，但它在促进成骨分化的过程中是否有表观遗传机制在发挥作用，目前尚未见相关报道。我们我们发现800 μM阿司匹林在第三天时对BMSCs的增殖产生影响；50-2000 μM阿司匹林对BMSCs的凋亡无明显影响；50-1000 μM阿司匹林对BMSCs具有一定的抗衰老作用。阿司匹林可以促进BMSCs成骨分化过程中矿化结节的形成、促进成骨关键基因OPN、COL-1、ALP基因及蛋白的表达。在成骨诱导分化后，HDAC9的表达是受抑制的，HDAC总的活性水平有所下降，而阿司匹林可以逆转此过程。通过转录组测序发现，阿司匹林对BMSCs成骨影响与多个信号通路相关：TGF-beta 信号通路、PPAR 信号通路、破骨细胞分化（Osteoclast differentiation）MAPK 通路。阿司匹林的浓度不同，会对BMSCs的增殖和衰老过程产生影响：相对浓度较高的阿司匹林在早期会抑制大鼠BMSCs的增殖；浓度低的阿司匹林对大鼠BMSCs具有一定抗衰老的作用。阿司匹林促进大鼠BMSCs成骨分化过程中含有多个差异表达基因。Focal adhesion、 PI3K-Akt signaling pathway等通路在成骨分化过程中可能起到重要作用。阿司匹林促进大鼠BMSCs成骨分化过程中伴有表观遗传修饰的改变，阿司匹林可能通过对去乙酰化酶的调节以及影响细胞发育等过程进而调控大鼠BMSCs成骨分化过程。我们将在今后对这些基因研究中所筛选出来的DEGs和具体的表观遗传修饰之间的相互关系进行更为细致的研究，以期解开阿司匹林促进BMSCs成骨分化过程中的详细作用机制，为阿司匹林在以后的药理应用转化提供有价值的参考。