尼古丁對BMSCs修復關節軟骨缺損的干預作用及機制研究

《尼古丁對BMSCs修復關節軟骨缺損的干預作用及機制研究》是依託武漢大學，由陳廖斌擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：尼古丁對BMSCs修復關節軟骨缺損的干預作用及機制研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：陳廖斌
• 依託單位：武漢大學

項目摘要

骨髓間充質幹細胞(BMSCs)回植誘導分化修復關節軟骨缺損具有良好套用前景，但目前研究多集中於BMSCs向軟骨分化的修復效果，對影響其自身分化潛能的不利因素尚缺乏研究。基於社會的高吸菸率，本課題組前期發現，尼古丁可抑制BMSCs軟骨分化中的基質蛋白合成和表型功能基因表達。綜合文獻,我們推測：尼古丁通過與BMSCs膜上尼古丁受體α7-nAChR結合後，提高胞內鈣離子濃度和磷酸酯酶活性來激活NFATc2，後者通過抑制Sox9 表達干預BMSCs的軟骨分化。本課題擬在前期研究發現的基礎上，進一步闡明尼古丁抑制BMSCs向軟骨分化的表觀遺傳轉錄調控機制，並在整體水平證實尼古丁對BMSCs軟骨分化和軟骨缺損修復的干預作用。本項目將有助於評估具有吸菸背景的軟骨缺損患者採用自體BMSCs進行缺損修復治療的風險，為指導軟骨組織工程在臨床中的套用提供實驗依據。上述工作及研究構想在國內外尚未見報導。

結題摘要

關節軟骨組織因缺乏足夠的血管支配，自我修復能力極差，軟骨損傷常導致關節功能障礙及退變，目前研究多集中如何有效修復關節軟骨損傷，對其修復過程中不利因素影響研究甚少。尼古丁可影響組織損傷修復，明確尼古丁對組織工程幹細胞修復軟骨缺損的影響對於軟骨缺損研究具有重要指導意義。本項目建立大鼠BMSCs體外軟骨分化模型，在其分化過程中給予不同濃度尼古丁處理，檢測軟骨細胞表型、分子信號通路及關鍵基因表遺傳變化，從細胞水平證實尼古丁抑制 BMSCs 軟骨定向分化作用，並闡明其表觀遺傳轉錄調控機制，明確其作用靶標；進一步建立大鼠軟骨缺損模型，套用BMSCs移植修復，在修復過程中給於尼古丁干預，干預同時給予尼古丁作用靶標抑制劑進行反證，從整體水平證實尼古丁對 BMSCs 軟骨分化和軟骨缺損修復的干預作用，並驗證其作用靶標。研究結果表明，尼古丁可劑量依賴性抑制BMSCs的軟骨定向分化，其機制為尼古丁通過上的BMSCs的α7-nAChR激活Ca2+/CaN/NFATc2信號通路，招募HDAC1降低軟骨分化核心轉錄因子Sox9啟動子區組蛋白乙醯化水平，從而抑制Sox9的表達，減少軟骨表型基因Col2A1的表達，進而抑制BMSCs的軟骨分化。同時使用si-RNA敲低BMSCs中NFATc2的表達，發現其可逆轉尼古丁對BMSCs軟骨分化的抑制作用，證實NFATc2為尼古丁抑制作用的靶標。在整體水平，低於日常尼古丁依賴人群劑量的尼古丁暴露可對BMSCs移植修復軟骨缺損產生不良干預作用，使用NFATc2抑制劑時可有效降低尼古丁對BMSCs修復軟骨缺損的不利影響，同時也從整體水平證實NFATc2是尼古丁抑制BMSCs修復軟骨缺損的分子靶標。本研究有助於評估具有吸菸背景的軟骨缺損患者採用自體BMSCs進行軟骨誘導分化和缺損修復治療的風險，提供干預治療的靶標；最大程度上避免尼古丁對BMSCs移植修復軟骨缺損的不利影響，實現高質量的關節軟骨組織修復，為指導軟骨組織工程在臨床中的套用提供實驗依據。