內質網應激及PERK信號通路在氟骨症發病機制中的作用

《內質網應激及PERK信號通路在氟骨症發病機制中的作用》是依託吉林大學，由徐輝擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：內質網應激及PERK信號通路在氟骨症發病機制中的作用
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：徐輝
• 依託單位：吉林大學

項目摘要

慢性氟中毒時成骨細胞怎樣被激活、骨轉換怎樣被加速，是地方性氟中毒發病機制中亟待解決的關鍵問題。我們在前期工作中發現，染氟成骨細胞中與內質網應激相關的蛋白BiP、蛋白質二硫鍵異構酶、蛋白酶體26S ATP酶和硫氧還蛋白表達增多；氟骨症大鼠骨組織內質網應激相關基因的表達上調，為回答上述問題提供了新線索。本項目擬體外培養成骨細胞染氟並結合整體氟中毒動物實驗，觀察內質網應激引發的關鍵因子PERK及其下游ATF4和Nrf2等基因和蛋白水平的表達變化，分析其與成骨細胞增生、分化和骨形成間的相互關係，探討內質網應激及PERK信號通路在氟作用下成骨細胞激活、骨轉換加速中的作用；檢測與成骨細胞增殖、分化等相關的調控因子的變化，闡明內質網應激通過哪些因素介導氟中毒骨病變的發生、發展。本項目的完成有助於發現以往氟骨症機制研究從未涉及的新的因子和信號通路的重要作用，為氟骨症防治策略提供新的思路和理論依據。

結題摘要

本項目按照實驗計畫完成實驗內容，達到預期構想結果。實驗成果至今已發表期刊學術論文8篇，其中SCI收錄4篇，中文核心期刊收錄4篇，尚有部分成果待發表；參加中華醫學會主辦學術會議2次並作大會報告1次和分組匯報2次。這期間培養博士研究生3名和碩士研究生2名。體內實驗通過灌胃給氟複製氟骨症動物模型。骨病理形態、骨密度指標和骨組織成骨、破骨相關的基因分析結果證明大鼠呈骨吸收增強到成骨活躍的氟骨症骨轉換加強的病變特徵。氟骨症發生過程中伴隨著內質網應激及未摺疊蛋白反應，而且PERK信號因子的變化與氟中毒骨吸收增強具有一致性，下游因子Nrf2的變化與成骨因子變化相一致。投氟早期大鼠整體氧化應激水平在代償範圍，給高劑量氟後期大鼠出現氧化應激的失代償。體外實驗選取OS732細胞和MC3T3-E1細胞作為染氟成骨細胞模型。首先選擇促進成骨細胞活性的氟濃度處理作用於OS732細胞，顯示氟作用下成骨細胞以成骨方式為主，且抑制細胞的誘導破骨功能；同時引發細胞內質網應激並激活PERK、Nrf2信號通路。在此基礎上選取MC3T3-E1細胞暴露於低、中、高濃度氟環境下。從低到高氟濃度作用成骨細胞後細胞活性變化呈雙向效應。高劑量氟抑制細胞活性，卻特異性刺激成骨細胞分化和成熟。不同劑量的氟均促進了細胞內PERK和其下游ATF4基因表達，而Xbp1和ATF6通路僅在低氟作用下被顯著激活，說明內質網應激及未摺疊蛋白反應參與了染氟誘發的成骨細胞雙向效應機制。採用BiP 基因干擾（siRNA）聯合染氟，各實驗組細胞不僅PERK、Xbp1和ATF6等因子表達下降，而且細胞內成骨和破骨相關的關鍵轉錄因子表達明顯減少，提示未摺疊蛋白反應在氟刺激成骨細胞功能處於重要地位。利用PERK siRNA降低兩種成骨細胞系PERK基因和蛋白的表達，結果顯示成骨細胞分化標誌物表達下降，且降低了成骨細胞誘導破骨功能。PERK/Nrf2信號通路在氟誘導成骨細胞活性和功能方面有著重要作用，在過量氟促進成骨細胞誘導破骨細胞分化方面中扮演著重要角色。