龟板调控BMSCs增殖、迁移和成骨分化及其抗骨质疏松症的研究进展

近年来,中医药在抗骨质疏松症方面显示出独特优势。龟板被证实可通过miRNA及其靶基因、信号通路及相关因子调控BMSCs功能,从而抗骨质疏松症。本文对龟板调控BMSCs增殖、迁移和成骨分化及其抗骨质疏松症的研究进展进行综述,发现龟板体外可通过调节BMP-4、VDR、RARα、Id1等表达调控BMSCs增殖;可上调HGF/c-met轴、SDF-1/CXCR4轴促进BMSCs迁移;可通过调节成骨相关因子、miRNAs和信号通路调控BMSCs成骨分化。此外,龟板体内可有效抗PMOP、GIOP和SOP。本文旨在为中医药防治骨质疏松症提供相关参考。     

Hedgehog信号通路调控骨形成探讨中药防治骨质疏松症的研究进展

Hedgehog信号通路是一种高度保守而重要的信号通路，参与多种细胞的增殖和分化。骨质疏松症是一种常见的以骨量减少、骨组织微结构破坏为特征，导致骨质脆性增加和易于骨折的全身性骨代谢疾病，给社会造成了巨大的负担。骨质疏松症的发生发展受多种信号通路调控。近年来，国内外研究发现，Hedgehog通路是一个很有前途的参与骨形成和骨稳态的信号通路。已有研究证实，Hedgehog信号通路可能通过增加骨形成相关因子的表达，诱导骨髓间充质干细胞成骨分化，促进成骨细胞增殖分化，对防治骨质疏松症具有重要意义。本文综述了目前Hedgehog信号通路在骨形成调节中的作用机制及中医药的干预作用，旨在为促进骨形成、防治骨质疏松症提供新的作用靶点。     

骨细胞Wnt/β-Catenin通过Notch信号促进BMSCs成骨分化

目的探讨骨细胞Wnt信号通路对骨髓间充质干细胞(BMSCs)成骨分化的作用及其分子机制。方法采用条件性基因敲出Cre/loxp技术制备特异性激活骨细胞Wnt/β-Catenin信号通路的小鼠;体外分离其和野生对照组小鼠的骨细胞,并分别与野生型小鼠骨髓间充质干细胞共培养;碱性磷酸酶(ALP)染色及活性定量、茜素红(Alizarin red)染色检测共培养早期成骨分化和晚期钙盐沉积;Real-Time PCR检测骨细胞Notch信号配体Jag1、Jag2、Dll1、Dll4及共培养后成骨分化特异标志物Runx2、ALP、Osteocalcin的mRNA表达水平。随后于共培养中加入Notch信号通路化学抑制剂DAPT(对照组加DMSO),再次行碱性磷酸酶(ALP)染色及活性定量和Real-Time PCR检测成骨分化特异标志物表达水平。结果 Wnt/β-Catenin激活的骨细胞其自身Jag1、Jag2、Dll4 mRNA表达较对照组骨细胞明显升高(P0.05),与BMSCs共培养后成骨转录因子Runx2,成骨分化特异标志物ALP、Osteocalcin mRNA的表达较野生型明显升高(P0.05),钙盐沉积增加。加入DAPT后,骨细胞Wnt激活组成骨转录因子Runx2、ALP、Osteocalcin mRNA的表达明显下降(P0.05)。结论骨细胞调控骨的代谢,激活其Wnt/β-Catenin信号通路将通过上调Notch信号而促进BMSCs的成骨分化。     

BMP2信号通路与经典Wnt信号通路及相互交联对成 骨分化的调控

在以间充质干细胞为代表的具有成骨分化潜能的细胞中,多条信号传导通路及其构成的动态调控网络参与调控其成骨分化过程。其中BMP2和经典Wnt信号通路在此过程中的作用日益受到关注。国内外研究表明,BMP2和经典Wnt信号通路在调控靶细胞成骨分化过程中伴有彼此通路中的关键分子的表达水平和功能活性的改变,并在一定条件下表现出对成骨分化特异性标志物的协同和拮抗调控。成骨增殖分化过程是一个动态过程,在成骨分化的不同阶段,分子通路的作用不同,相互之间的调节也动态变化的,研究BMP2和经典Wnt信号通路在成骨分化过程中的相互调节作用,对于指导治疗骨质疏松和骨折有重要的作用,本文就BMP2和经典Wnt信号通路对靶细胞成骨分化的调控作用以及在此过程中两条信号通路之间的交联作一简要综述。     

壮筋养血汤介导MAPK/P38-ERK通路调控成骨成脂分化的作用机制

目的 探讨壮筋养血汤（Zhuangjin Yangxue Decoction,ZJYXD）通过LncRNA ANRIL介导的MAPK/ P38-ERK 通路调控成骨成脂分化的作用机制。方法 提取骨髓间充质干细胞（BMSCs）,并采用ANRIL慢病毒转染BMSCs;制备ZJYXD含药血清用于培养转染后的BMSCs。通过CCK-8检测BMSCs增殖活力;运用碱性磷酸酶、茜素红及油红O染色检测各组细胞成骨成脂分化情况;通过qRT-PCR、Western Blot法检测成骨、成脂、MAPK/ P38-ERK信号通路相关基因及蛋白的表达。选取24只SPF级C57BL/6雄性小鼠用于制作股骨横断骨折模型,造模后给予不同转染的BMSCs治疗并给予ZJYXD。通过X-ray与Micro-CT检测对照组、对照组+ZJYXD组、ANRIL过表达组、ANRIL过表达+ZJYXD组小鼠骨愈合情况。结果 与0 %含药血清相比,6 % ZJYXD含药血清对BMSCs细胞增殖能力最强（P<0.01）。ZJYXD干预后成骨染色加深,成骨相关基因OPN、RUNX2 mRNA及蛋白表达显著升高（P<0.01）;成脂染色减弱,相关基因PPARγ、C/EBPα mRNA及蛋白表达显著降低（P<0.01）。同时ZJYXD促进了P-ERK、P38蛋白表达（P<0.01）。X-ray及Micro-CT显示ZJYXD促进了小鼠骨折后愈合。当ANRIL过表达后,ZJYXD调节成骨成脂细胞分化作用消失,无法有效的促进骨折愈合。结论 壮筋养血汤具有促进成骨分化、抑制成脂分化的作用,而这种作用通过LncRNA ANRIL调控MAPK/ P38-ERK信号通路实现。     

力学刺激下Wnt信号通路在促进成骨分化中作用的研究进展

Wnt信号通路在骨形成过程中发挥重要作用,主要表现为对骨组织中成骨分化等功能的调节。研究表明,激活Wnt信号可增强成骨特异性基因的表达,促进骨形成;机械力学刺激在促进骨骼的发育及维持良好的骨骼形态方面具有关键作用。本文就Wnt信号通路参与力学刺激下骨向分化的调节进行综述。     

骨免疫调控成骨在激素性股骨头坏死的作用

骨免疫调控成骨是骨修复领域研究的热点，调节性T细胞（regulatory T cells, Treg）是介导骨免疫成骨的核心细胞且与激素诱发ONFH密切相关。骨损伤后Treg细胞经CCL22/CCR4轴调控定向归巢至损伤局部并经STAT5/FoxP3通路激活合成促组织修复因子，并与BMSCs串话调控成骨成血管促进骨修复。MiR-155/SOCS1调节回路调控STAT5/FoxP3通路的激活，激素抑制MiR-155，促进SOCS1表达抑制STAT5/FoxP3通路与Treg细胞激活。调控Treg细胞定向归巢，MiR-155靶向转染T细胞抑制SOCS1表达，激活STAT5/FoxP3通路与Treg细胞，协同构建由Treg细胞介导的骨免疫调控成骨微环境，调控BMSCs成骨成血管修复骨坏死，从骨免疫研究激素性ONFH发病机制和防治是新思路。     

Hedgehog信号通路与骨质疏松症

Hedgehog信号通路是一条保守而重要的信号通路,涉及到多种细胞的增殖和分化活动。近年研究发现,Hedgehog信号通路可以通过上调Runx2和Osx等主要转录因子的表达促进间充质干细胞（mesenchymalstemcells,MSCs）向成骨细胞分化,并且抑制MSCs向脂肪细胞分化。Hedgehog信号通路还可以通过调节细胞周期蛋白促进成骨细胞增殖。本文综述总结了Hedgehog信号通路调节成骨细胞增殖分化的作用机制,认为Hedgehog信号通路通过促进成骨细胞增殖分化参与调节骨代谢,为骨质疏松症的治疗提供一种新思路。     

Wnt信号通路对软骨和软骨下骨双靶向调控及其在骨关节炎进展中的作用

目的综述Wnt信号通路在骨关节炎(osteoarthritis,OA)发生发展中的活性变化,及其对软骨、软骨下骨的双靶向调控和两者间信息交流对OA进程的影响和机制。方法查阅近年在体内外实验研究及临床研究中,OA和非OA状态下Wnt信号通路对关节软骨、软骨下骨调控作用及软骨与软骨下骨间信息交流的相关文献,并对其作用机制进行分析总结。结果 Wnt信号可通过依赖β-catenin的经典或不依赖β-catenin的非经典Wnt信号通路及其与其他信号通路的交联,调控软骨细胞、成骨细胞的分化和功能,进而影响软骨及骨的代谢。过度激活Wnt信号可加重软骨OA样退变,并且Wnt信号通路可激活下游蛋白Wnt1诱导的信号通路蛋白1调控OA进展,还可通过软骨及软骨下骨中不同细胞间建立的缝隙连接,直接进行分子交流调控OA的发生发展。关节腔内注射Wnt信号通路抑制剂SM04690可以抑制OA进程;在成骨细胞中过表达Wnt信号通路抑制剂Dickkopf可以拮抗VEGF对软骨细胞的作用,并抑制其基质的分解代谢。结论 Wnt信号通路及其与其他信号分子的交互作用,可调控软骨和软骨下骨的代谢和功能及两者间信息交流,因此在OA的发生发展中发挥重要作用,有望成为OA治疗的新靶点。     

甲状旁腺激素经不同信号通路调节骨代谢的研究进展

甲状旁腺激素是目前广泛应用于临床中的抗骨质疏松骨形成促进剂。然而，由于其小剂量、间歇性促进骨形成以及大剂量、连续性促进骨吸收的双向调节作用，使得甲状旁腺激素在骨质疏松症的治疗中有待进一步优化。因此，立足于甲状旁腺激素调节骨代谢的分子机制，总结甲状旁腺激素主要经如下信号通路调节骨代谢：（1）Gs/cAMP/PKA信号通路，是甲状旁腺激素调节骨组织代谢引起骨形成或骨吸收效应的主要机制。（2）G_q/11/PLC/PKC信号通路，其主要功能为抑制成骨作用。（3）nonPLC/PKC信号通路，目前认为其发挥成骨效应，但具体内容尚不完全明确。（4）β-arrestin信号通路，能通过受体脱敏及内吞机制仅产生成骨作用而无破骨的激活。对甲状旁腺激素激活的上述4条主要信号通路的内容及作用进行文献综述，以期找寻更好的骨形成促进剂。其中，SOST及Dickkopf-1单克隆抗体是新颖的靶向药物，特异性激活nonPLC/PKC信号通路或β-arrestin信号通路的甲状旁腺激素相关肽值得进一步开发和应用。     

BMP-TGFβ信号通路

间充质干细胞作为代表性的成骨分化潜能的细胞,多条信号传导通路调控间充质干细胞进而影响其成骨分化的过程。其中BMP信号通路在此过程中的作用日益受到关注。国内外研究表明,BMP-TGFβ在调控靶细胞成骨分化过程中在分子的表达水平和功能活性的改变中起到关键的作用。成骨增殖分化过程是一个动态过程,在成骨分化的不同阶段,分子通路的作用不同,相互之间的调节也动态变化的,研究BMP和经典Wnt信号通路在成骨分化过程中的相互调节作用,对于指导治疗骨质疏松和骨折有重要的作用。本文就BMP-TGFβ通路对靶细胞成骨分化的调控作用以及和经典Wnt信号两条信号通路之间的交联作简要综述。     

miR-34a调节骨稳态在骨质疏松中的应用前景

miR-34a是一个非编码蛋白的单链小分子RNA,在转录水平上通过碱基配对3’-端非翻译区域抑制靶基因表达,多用于肿瘤学的研究中,可通过下调原癌基因的表达抑制肿瘤细胞生长,近年发现其参与骨代谢过程中骨稳态的调节。Tgif2通过与 DNA结合或与TGFβ激活的Smads相互作用抑制TGFP基因表达而抑制成骨细胞的增殖,且Tgif2与RNAKL通路形成一个正反馈循环,RNAKL通路诱导的转录因子增加Tgif2活性,Tgif2又反过来促进RNAKL通路中转导因子的活性,从而促进破骨细胞的生长分化,miR-34a主要通过下调Tgif2基因的表达,促进成骨细胞增殖,且miR-34a下调Tgif2表达时,也间接抑制了 OPG/RANK/RANKL通路的转导,抑制破骨细胞增殖、分化。同时MiR-34a是肿瘤抑制基因P53最常见的转录靶点,P53不仅在转录水平对miR-34a进行调节,而且影响miR-34a前体形成和成熟。P53、miR-34a及Tgif2三者相互作用,直接影响成骨破骨细胞的增殖与分化,且与多个经典信号通路均有交叉,如OPG/RANK/RANKL通路、Wnt/hatenin经典信号通路,参与经典通路中相关因子的调节,间接影响骨稳态。因此,研究miR-34a如何调节成骨破骨分化及协调细胞内其他调节通路共同维持骨稳态将会成为防治骨质疏松症的重要研究方向。     

LIM矿化蛋白1促进成骨的研究现状

目的 LIM矿化蛋白1（LIM mineralization protein-1,LMP-1）是一种细胞内非分泌蛋白,通过调节BMPs信号通路而促进成骨分化。近年来,研究表明LMP-1作为成骨信号途径的上游信号分子级联放大下游成骨信号,增加成骨细胞对BMPs的敏感性,招募众多的成骨因子共同参与成骨,最终促进细胞成骨分化和诱导骨形成。本文就LMP-1的结构特点、诱导成骨机制、LMP-1用于基因治疗的种子细胞及载体的选择等研究现状作一综述。     

骨质疏松患者外周血差异表达miR-19b调控骨髓间充质干细胞成骨分化的作用机制研究

背景:微小RNA(miRNA)在调节基因表达中起重要作用,与多种代谢疾病有关。当前对循环血miRNA在骨质疏松骨代谢过程中的调控作用尚不明确。目的:筛选外周血中成骨相关miRNA,并探讨其调节成骨的机制。方法:通过RNA测序揭示骨质疏松患者相比于骨量正常受试者外周血中差异表达的miRNA,应用生物信息学方法预测关键miRNA的下游潜在靶点,通过过表达/敲低实验,进一步验证关键miRNA调控骨髓间充质干细胞成骨分化的作用和信号通路。结果:miR-19b在骨质疏松患者中显著下调,且在伴有椎体骨折的骨质疏松患者中尤为显著。进一步生物信息学研究和qPCR实验证实miR-19b可通过抑制PTEN介导AKT/GSK3β通路表达。细胞功能实验发现,过表达miR-19b可使BMSCs成骨分化能力增强,而敲低miR-19b可使BMSCs成骨分化能力减弱。结论:miR-19b可能通过调节PTEN/AKT/GSK3β通路增强BMSCs成骨分化,可能为骨质疏松症的防治提供新的策略。     

牵张成骨中骨形成相关信号通路的研究进展

牵张成骨(distraction osteogenesis,DO)是一种利用骨痂愈合机制产生新骨的内源性组织工程学技术,随着近年来大量对牵张成骨的基础研究和临床应用,该技术在颅颌面骨发育不足、先天性唇腭裂继发颌骨畸形、颅颌面外伤及肿瘤术后骨缺损、牙槽骨萎缩种植修复等方面展现了广阔的应用前景。通过研究信号通路转导分子机制在牵张成骨中的作用,干扰其通路中某些核心分子,从分子水平调控和干预牵张成骨过程,为提高牵张成骨效率提供新的途径,加速牵张成骨区骨生成与矿化,缩短患者疾病的治疗周期。因此有必要探讨这些通路在牵张成骨与细胞信号传导及新骨形成的相互关系与调控作用,从而进一步揭示其分子生物学机制。该文对近年来研究牵张成骨相关信号通路的国内外相关文献进行综述。     

牵张应力调控Notch1信号通路促进大鼠BMSCs增殖和成骨分化

目的 探讨牵张应力调控Notch1促进骨髓间充质干细胞(BMSCs)增殖和成骨分化的机制。方法 制备并鉴定大鼠BMSCs。细胞分组设置为：0%拉伸幅度组、0%+DAPT组、5%拉伸幅度组、5%+DAPT组。运用CCK-8法测定BMSCs增殖;采用碱性磷酸酶、茜素红和油红O染色法检测细胞成骨和成脂分化;通过Western bloting检测Notch1和Jagged1蛋白表达。结果 5%拉伸幅度牵张应力可显著提高BMSCs增殖、碱性磷酸酶表达及钙化结节形成,抑制BMSCs成脂分化(P<0.05或P<0.01),同时显著提高Notch1和Jagged1蛋白表达(P<0.01);DAPT可显著逆转牵张应力对BMSCs增殖、碱性磷酸酶表达、钙化结节形成、成脂分化及Notch1和Jagged1蛋白表达的影响(P<0.05或P<0.01)。结论 5%拉伸幅度的牵张应力促进了BMSCs增殖和成骨分化,Notch1信号通路可能是牵张应力促进BMSCs增殖和成骨分化的靶点。     

低氧诱导因子-1α参与骨发育及骨代谢调控的研究进展

低氧诱导因子-lα( hypoxia inducible factor-1α,HIF-1α)是组织细胞在低氧状态下激活相应基因转录的核心调节因子之一,在骨发育和代谢过程中起到非常重要的作用。通过敲除Vhl基因高表达HIF-1α可以促进血管和骨组织的生成,但这一过程的分子机制依然不明确。目前巳知HIF-1α在骨的发育过程中可以调节多种蛋白因子和信号通路,如血管内皮生长因子 (vascular endothelial growth factor,VEGF)和经典Wnt信号通路,而这些蛋白因子和信号通路大多能对细胞的分化、增殖及功能进行调节。本文综述骨组织发育和代谢过程中HIF-1α、Wnt信号通路、骨保护素(osteoprotegerin,OPG)等所起的作用以及它们之间的联系,从而进一步探讨HIF-1α在骨发育及骨代谢调控中的机制。     

环指蛋白11调控Akt信号通路促进BMSCs成骨分化的机制研究北大核心CSCD

目的研究BMSCs成骨分化过程中环指蛋白11(ring finger protein 11,RNF11)对Akt信号通路的调节作用,为进一步阐明BMSCs成骨分化机制和用于临床治疗提供思路。方法从健康人体新鲜骨髓中分离培养BMSCs并传代,取第4代细胞经流式细胞术,成骨、成软骨和成脂诱导培养鉴定后用于实验。BMSCs成骨诱导分化培养0~14 d,通过茜素红染色和ALP染色检测其成骨分化程度,并用Western blot法检测RNF11蛋白表达。取第4代BMSCs,分为空白对照组(A组)、空载慢病毒(Lv-NC)组(B组)和敲低RNF11(Lv-ShRNF11)组(C组),成骨诱导分化培养0~14 d,采用Western blot检测RNF11蛋白表达,茜素红染色和ALP染色检测其成骨分化程度,14 d实时荧光定量PCR(real-time fluorescence quantitative PCR,qRT-PCR)检测BMSCs成骨标志物Runx2、骨钙素(osteocalcin,OCN)及骨桥蛋白(osteopontin,OPN)的mRNA相对表达量;采用Western blot检测Akt、Smad1/5/8及β-catenin信号通路蛋白相对表达量,以磷酸化前后比值表示。为研究RNF11对Akt信号通路的影响机制,取第4代BMSCs分为Lv-NC转染组(A1组)、Lv-ShRNF11转染组(B1组)和添加Akt信号通路激活剂SC79的Lv-ShRNF11转染组(C1组),14 d时采用Western blot检测RNF11和Akt信号通路蛋白相对表达量,茜素红染色、ALP染色及qRT-PCR检测成骨相关指标。结果流式细胞术及成骨、成软骨和成脂诱导培养鉴定显示分离培养细胞为BMSCs。RNF11蛋白相对表达量随成骨分化时间延长而逐渐增加(P<0.05);下调RNF11后,茜素红和ALP染色示C组相较于A、B组BMSCs成骨分化程度降低,qRT-PCR检测示Runx2、OCN、OPN mRNA相对表达量减少(P<0.05)。随成骨分化时间延长,RNF11与Akt信号通路蛋白相对表达量均上升(P<0.05)。下调RNF11后,C组相较于A、B组,其Akt信号通路蛋白相对表达量显著降低(P<0.05),而对Smad1/5/8以及β-catenin信号通路蛋白相对表达量无明显影响(P>0.05)。B1、C1组相较于A1组,其RNF11蛋白相对表达量减少(P<0.05),B1组相较于A1、C1组,其Akt信号通路蛋白相对表达量降低(P<0.05);茜素红与ALP染色示C1组BMSCs成骨分化程度稍低于A1组(P>0.05),而明显高于B1组(P<0.05);qRT-PCR检测示C1组Runx2、OCN、OPN mRNA相对表达量稍低于A1组(P>0.05),而明显高于B1组(P<0.05)。结论RNF11通过正向调控Akt信号通路激活水平促进BMSCs向成骨细胞分化。RNF11可作为提高BMSCs修复骨缺损疗效以及治疗骨代谢病的潜在靶点。     

破骨细胞在类风湿关节炎致骨破坏病理变化中的作用及其调控

类风湿关节炎(RA)是一种严重的慢性自身免疫性炎症性疾病,关节软骨及骨破坏是RA的主要病理变化,是患者致残的主要原因。破骨细胞(OC)在RA骨破坏的病理过程中起关键作用,其调控依赖于OC形成、分化及活化的过程。巨噬细胞、滑膜成纤维细胞等是OC形成的主要来源,促炎性细胞因子在这个过程中起重要作用。主要的是RANK/RANKL/OPG、MCSF、TNF、IL-1和IL-17,这些细胞因子通过不同的信号传导通路促进OC的成熟及分化;此外,有些细胞因子对OC的分化及骨吸收作用产生负性调控作用,如IL-27、IL-4、IL-10、IFN-γ,大部分细胞因子通过RANK/RANKL/OPG系统,直接或间接作用于OC,两者之间的平衡决定骨破坏的结局。这些细胞因子通过多条信号传导通路介导OC对骨破坏的调控作用,其中NFATc1是关键的调节因子,如RANKL通过NF-κB/AP-1/c-fos和钙离子信号通路两条信号通路,调节NFATc1的活化,促进OC分化;TNF通过激活NF-κB,JNK和p38通路,活化NFATc1促进OC形成,还包括MAPK、STAT等通路。深入了解OC的病理过程及骨形成和骨吸收机制,监测及干扰促进OC活化的细胞因子,为早期RA的治疗提供新的靶点。