細胞壞死通過TLR4誘導顱骨再生的機制研究

《細胞壞死通過TLR4誘導顱骨再生的機制研究》是依託同濟大學，由王丹擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：細胞壞死通過TLR4誘導顱骨再生的機制研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王丹
• 依託單位：同濟大學

中文摘要

顱面骨骨組織工程研究一直致力於研發出能與自體骨相匹配的生物材料，以解決兩歲後顱骨缺損難以出現自發癒合的難題。研究表明具有骨再生潛能的多源幹細胞能誘導骨再生，但移植後細胞不易存活、作用持續性差，限制其發揮骨修復作用。近年來宿主對細胞壞死產生的炎症反應有可能作用於組織修復的理論開始受到關注。前期研究中我們發現：①骨組織混懸液植入小鼠顱骨缺損後引起局部炎症反應，並可能通過TLR4介導骨缺損修復；②壞死的骨組織細胞成分植入顱骨缺損，同樣激發了局部炎症反應並顯示了良好的成骨效果。因此我們提出假說：細胞壞死可能通過TLR4作用於骨再生修復，並設計從整體動物、細胞和分子水平上，系統比較骨組織的細胞成分及基質成分對顱骨缺損癒合的影響，重點研究細胞壞死通過TLR4信號通路誘導骨修復的機制, 從而進一步豐富炎症反應對骨癒合的作用理論，為開發具有自體骨修復效果的組織工程骨提供新思路。

結題摘要

組織創傷中的受損基質、應激細胞及壞死細胞，具有誘導炎症及組織再生的作用。在對創傷後炎症反應的研究中，發現了 Toll樣受體家族（Toll-like receptors, TLRs）。Toll樣家族被認為能感知多種微生物成分、壞死細胞及應激細胞，在激活先天免疫系統方面發揮了重要作用。由於Toll受體在樹突狀細胞、巨噬細胞及骨細胞上高表達，學者開始關注Toll受體能否通過介導炎症而影響骨修復。 本項目（1）建立了 TLR4、TLR2全敲除（TLR4 /TLR2 KO）及髓系細胞TLR4敲除（Lyz-TLR4 KO）小鼠模型。（2）在異體骨移植動物模型中，將同種異體骨、壞死骨細胞和骨基質與凝膠結合，植入WT、TLR2 KO及TLR4 KO顱骨缺損。通過影像學、組織學及免疫組化檢測，分析異體骨不同成分對顱骨缺損修復的影響及TLR4受體信號在其中的作用。（3）由於髓系細胞是巨噬細胞及破骨細胞的共同來源細胞，通過建立髓系細胞TLR4敲除小鼠，進一步研究TLR4介導炎症信號對骨修復再生的影響及可能機制。 本項目研究發現：（1）異體骨植入WT及TLR2 KO顱骨缺損模型中，其基質成分顯示了與異體骨整體移植相類似的骨修復效果，而壞死細胞成分僅在移植術後初期有加速骨癒合的效果。而異體骨移植入TLR4 KO小鼠顱骨缺損中，術後巨噬細胞及破骨細胞浸潤減少，植體重建及新骨生成均受到抑制，表明了基質是異體骨移植修復骨缺損的主要成分並且需要TLR4信號的介導。（2）顱骨缺損模型中，WT及TLR2 KO小鼠骨癒合相似，而Lyz-TLR4 KO與 TLR4 KO均表現為顱骨修復加速，且術後破骨細胞浸潤增加及破骨分化相關基因表達增強。從Lyz-TLR4 KO小鼠提取的前體細胞，其破骨細胞分化及吞噬能力也強於WT小鼠。因此破骨前體細胞即髓樣細胞上TLR4缺失，能增強其向破骨細胞分化，從而加速顱骨缺損修復。 本項目通過異體骨移植修復及顱骨缺損兩個動物模型，及建立基因全敲除和細胞特異性基因敲除的小鼠模型，發現TLR4作為介導免疫反應的受體信號，能通過調節炎症反應及破骨細胞分化而影響骨修復再生。調節炎症反應以促進骨修復是近年國內外骨組織工程學研究的新方向。本項目的實驗結果，有利於深入理解炎症反應在骨缺損修復中的作用機制，為炎症在骨組織工程學中的套用積累經驗與數據。