Micro-26a协同调节PTEN/AKT与BMP/SMAD信号通路促进大面积骨缺损修复的机制研究

Bone regeneration was regulated through the crossover network with the interactions between angiogenic and osteogenic signaling pathways. Therefore, enhancing vascularization in initial stage after implantation is very important to enhance bone repair ability. Our previous study found that miR-26a could simultaneously enhance angiogenesis and osteogenesis and therefore effectively enhance microvessel formation in initial stage, which resulted in critical size calvarial bone defect completely repair. Based on in silica analysis and the recent results, we found that the genes including PTEN, DUSP4, GSK-3β, TOB1 and SMAD4 involved in key angiogenic-osteogenic (PTEN/AKT-BMP/SMAD) signaling pathways may be all targets genes of miR-26a. It could be hypothesized that miR-26a may couple PTEN/AKT and BMP/SMAD signaling pathways to enhance bone regeneration. However, the mechanism underlying miR-26a regulating is still unclear. Therefore, this study is to elucidate molecular mechanism underlying miR-26a coupling angiogenic－osteogenic (PTEN/AKT－BMP/SMAD) signaling pathways to enhance bone regeneration based on the molecular, cell and animal model, and further construct the regulatory loop among angiogenesis-miRNA-osteogensis. Our study may reveal a novel mechanism whereby miR-26a played a critical role in bone regeneration, which has important theoretical and clinic significance.

骨再生是由成血管与成骨信号通路之间组成的交叉网络共同调控的。因此，愈合早期促进血管形成是提高骨修复能力的关键。前期研究发现:miR-26a能够有效的同时促进愈合早期微血管形成与骨组织的再生，最终理想的促进大面积骨缺损修复。通过生物信息学分析并结合实验研究结果，我们近期发现与成血管（PTEN/AKT）及成骨（BMP/SMAD）关键信号通路密切相关的基因PTEN、DUSP4、 GSK-3β、TOB1、SMAD4 可能皆为miR-26a的靶基因。因此，miR-26a可能通过协同调节PTEN/AKT与BMP/SMAD而有效的促进了大面积骨修复，但其具体的作用机制有待进一步阐明。本项目将从分子、细胞、动物模型三个层次探明miR-26a协同调节PTEN/AKT与BMP/SMAD信号通路的分子机制，建立成血管－microRNA－成骨调节环路，为骨缺损修复的调控机制提供新的思路。

骨缺损范围较大或组织再生能力差时，通过促进血管形成来提高骨组织的修复能力非常重要。 迫切需要新的策略优化组织工程技术中生物活性分子递送方案，模拟组织愈合的级联反应，实现智能化多重分子顺序可控释放。microRNA(miRNA) 是通过转录后调控的方式调节蛋白分子的表达，可以实现间接的激发宿主自身分泌活性分子。因为 miRNA 靶基因的多样性，使得这种 miRNA 调控是多功能的。申请者前期在青年基金的资助下（No. 31503016 项目负责人：李岩）中将引导自体干细胞归巢技术、智能化控释技术与 microRNA 基因修饰技术相结合，成功构建 microRNA 缓释递送系统，在无外源种子细胞参与下，充分激发宿主自身修复潜能，真正实现了大面积骨缺损功能性的重建。这是国际上率先实现了利用 microRNA 治疗的手段在不依赖外源性细胞的条件下解决了大面积骨缺损修复的问题。为再生医学领域开拓了新的平台。 进一步对于miR-26a 协同调节 PTEN/AKT 与 BMP/SMAD 信号通路的分子机制进行相关研究，初步探明miR-26a协同调节成骨-成血管作用从而有效促进大面积骨缺损修复的作用机制。上述研究结果系列发表于国际顶尖期刊 Nature Communications (2016;IF:12.35)、Acta Biomaterials（2018，IF：6.38）。进一步利用该缓释系统缓释miR-29b 双向负调控 Vegf 和 C-myc 信号通路，实现了抑制肿瘤微血管形成和肿瘤细胞增殖同时进行，为避免继发性耐药的发生提供新的策略。上述研究结果系列发表于Cancer Letters(2017;IF:5.99)、Nanotechnology(2017;IF:3.48)上。