[01370554]BMSCs经ZIP1转染后对酒精性股骨头坏死保护作用的相关性机制研究

一、课题来源与背景 股骨头坏死多发生于中青年,是一种常见的致残性疾病,大量临床实践及基础实验证明,创伤性、激素性、酒精性的股骨头坏死在临床上占 80% 以上,由于其发病机制尚未完全阐明,因此治疗比较困难。资料表明股骨头坏死已取代了原髋关节结核的位置,居髋关节疾病的首位。由于BMSCs具有分化为骨、软骨、上皮等的多向分化潜能,并且取材方便、分离获取容易、免疫原性弱等特点,在骨组织工程中备受青睐,是组织工程中优良的种子细胞。股骨头缺血性坏死后,其病灶部位的 BMSCs、成骨细胞功能下降,导致坏死部自身修复能力下降,骨质结构降低,血管再生能力下降。治疗早期股骨头坏死主要是促进坏死股骨头的修复,避免出现股骨头塌陷。由此可见,BMSCs 治疗早期股骨头坏死是可行的。 锌离子代谢的稳态（homeostasis）平衡对维持机体正常生理功能至关重要。锌离子不能自由通过细胞内的膜结构,必须通过特定的转运蛋白和膜通道才可以在细胞内正常代谢。近年来的研究表明,哺乳动物细胞内有一类蛋白质---锌转运蛋白家族,可转运锌离子,并调节质膜内锌离子浓度。ZIP1作为ZIP蛋白家族的成员,其与骨代谢和成骨分化有密切的关系。过表达ZIP1的BMSCs可以促进向成骨细胞转化。课题组考虑ZIP1能加速细胞外锌离子的内流从而激活与成骨分化相关的通路,加速间充质干细胞向成骨细胞转化,而与成脂有关的通路被抑制。在未来股骨头坏死的临床治疗中,调节锌转运体、锌离子及成骨分化这一链条有望成为治疗股骨头坏死的新靶点,成为减轻或阻抑股骨头坏死的损伤的有效治疗方法。 二、研究目的与意义 本课题旨在探讨锌转运体通过介导锌离子转运参与骨间充质干细胞向成骨细胞转化从而发挥对股骨头坏死的的保护性作用。本项目的实施有望通过调节锌转运体、锌离子及成骨分化这一链条寻找到治疗股骨头坏死的新靶点,为临床上有效减轻或阻抑股骨头坏死的损伤提供新思路。 三、主要论点与论据 3.1ZIP1能够激活与成骨分化的WNT1 /β-catenin信号成骨通路,促进间充质干细胞向成骨细胞转化,增加细胞内锌离子的浓度,发挥锌离子对缺血缺氧的细胞凋亡的拮抗作用 3.1.1ZIP1siRNA转染骨髓间充质干细胞在同一酒精浓度诱导下aP2,PPARγ蛋白的相对表达量及三酰甘油水平 0.21 mol/L酒精组,0.21 mol/L酒精+ZIPsiRNA组中aP2,PPARγ蛋白表达及三酰甘油水平较正常对照组明显升高;0.21 mol/L酒精+ZIPsiRNA组中aP2,PPARγ蛋白表达及三酰甘油水平明显升高,与0.21 mol/L酒精组比较差异有显著性意义。 3.1.2 ZIPsiRNA和ZIP1转染骨髓间充质干细胞对aP2,PPARγ蛋白的影响 ZIP1表达组aP2,PPARγ蛋白表达明显降低,与正常对照组比较差异有显著性意义,ZIP1siRNA组aP2,PPARγ蛋白表达明显升高,与正常对照组比较差异有显著性意义;ZIP1表达组aP2,PPARγ蛋白表达降低,与ZIP1siRNA组差异有显著性意义。 3.1.3不同酒精浓度下骨髓间充质干细胞中ALP、I型胶原、OCN及Runx2的表达 与空白对照组相比,不同酒精组的ALP、I型胶原、OCN及RUNX2蛋白表达量均有所下降,随着浓度升高,其表达量逐渐下降,但0.03mol/L组中ALP及OCN下降不明显,统计学无明显意义,其他各组均有明显的统计学意义,不同酒精组中的I型胶原及RUNX2与正常组之间差异均有明显统计学意义。 3.1.4 ZIPsiRNA和ZIP1转染骨髓间充质干细胞对ALP、I型胶原及OCN的影响 与空白对照组对比,ZIP1表达组ALP、I型胶原及OCN表达量明显升高,差异具有明显的统计学意义,ZIP1siRNA组ALP、OCN表达量明显降低,差异具有明显的统计学意义,而I型胶原表达量下降不明显,差异无统计学意义;与ZIP1siRNA组相比,ZIP1表达组ALP、I型胶原及OCN表达量明显升高,差异有统计学意义。 3.2 ZIP1抑制TNF-α成脂通路,间接促进成骨分化 3.2.1不同酒精浓度下骨髓间充质干细胞中aP2,PPARγ蛋白的相对表达量及三酰甘油水平 0.03,0.09,0.15,0.21 mol/L酒精组aP2,PPARγ蛋白表达明显升高,与正常对照组比较差异有显著性意义;0.03 mol/L酒精组三酰甘油水平略升高,但与正常对照组比较差异无显著性意义;0.09,0.15,0.21 mol/L酒精组三酰甘油水平明显升高,与正常对照组比较差异有显著性意义。 3.2.2 ZIP1siRNA转染骨髓间充质干细胞在同一酒精浓度诱导下aP2,PPARγ蛋白的相对表达量及三酰甘油水平 0.21 mol/L酒精组,0.21 mol/L酒精+ZIPsiRNA组中aP2,PPARγ蛋白表达及三酰甘油水平较正常对照组明显升高;0.21 mol/L酒精+ZIPsiRNA组中aP2,PPARγ蛋白表达及三酰甘油水平明显升高,与0.21 mol/L酒精组比较差异有显著性意义。 3.2.3 ZIPsiRNA和ZIP1转染骨髓间充质干细胞对aP2,PPARγ蛋白的影响 ZIP1表达组aP2,PPARγ蛋白表达明显降低,与正常对照组比较差异有显著性意义,ZIP1siRNA组aP2,PPARγ蛋白表达明显升高,与正常对照组比较差异有显著性意义;ZIP1表达组aP2,PPARγ蛋白表达降低,与ZIP1siRNA组差异有显著性意义。 四、创见与创新 本课题通过研究锌转运体通过介导锌离子转运参与骨间充质干细胞向成骨细胞转化从而发挥对股骨头坏死的的保护性作用,探讨通过调节锌转运体、锌离子及成骨分化这一新的链条出发为临床上有效减轻或阻抑股骨头坏死的损伤提供新思路。 五、社会经济效益,存在问题 通过调节锌转运体、锌离子及成骨分化这新的链条出发为临床上有效减轻或阻抑股骨头坏死的损伤提供新思路,可通过研究开发新的蛋白转运体从而申请专利为相关实验提供直接的试剂。目前存在下一步如何将动物、细胞实验的成果转化成临床,是我们努力的方向。