骨源性ALK3在骨关节炎中的作用与调控机制

目的关节力学稳态破坏导致软骨及软骨下骨(subchondral bone)病理重塑,促使骨关节炎(OA)发生。但现有OA研究主要局限于软骨,忽视了软骨下骨的病理作用,如OA的过度骨吸收、软骨下板退化等。目前BMP2的临床副作用尚未根本解决,这提示该通路的核心节点——膜受体ALK3还存在某些未知的病理机制尚未阐明。因此,本研究旨在探究软骨下骨源ALK3对OA骨学病变的作用及机制。方法构建ALK3成骨特异敲除鼠(3.2kb-Col1a1-Cre ER;ALK3F/F),利用强制跑步建立OA模型;分析OA组织病理学特征及应力变化,重点关注软骨下骨病变;体外建立成骨-破骨细胞共培养的高应力加载体系,分析成骨细胞的旁分泌情况及其对破骨细胞分化的影响;高通量测序筛选ALK3下游力学敏感分子信号。结果相比OA小鼠,成骨谱系特异敲除ALK3的小鼠OA症状减轻,其软骨下骨的骨量增加,高应力下降,破骨细胞减少。细胞实验进一步表明,敲除ALK3的成骨细胞不利于破骨细胞分化,其成骨细胞Hippo/YAP信号上调,RANKL/Opg旁分泌下降。结论抑制小鼠成骨源ALK3减轻软骨下骨的过度骨吸收,改善了高应力病理微环境,从而缓解了OA症状;其机制可能为ALK3缺失导致成骨细胞对高应力刺激不敏感,通过上调Hippo/YAP减少RANKL/Opg旁分泌,从而抑制破骨细胞分化。本研究从骨学视角为OA防治策略提供了新思路。

Sirt3在BMSCs成骨成脂双向命运分化调控的作用

为探究Sirt3(Sirtuin 3)对骨形成过程中BMSCs成骨成脂双向分化的调控作用以及影响因素,本文通过组织学方式以及体外细胞培养的方式两种方式进行检测和验证.利用6个月的野生型小鼠和Sirt3基因敲除小鼠的长骨骨髓进行组织学切片染色,对骨髓中的成骨标志物Osterix进行免疫荧光染色,以及对成脂标志物Cebpα和Pparγ进行免疫荧光染色.同时观察Sirt3敲除对骨髓中炎症标志物IL-1β、IL-6、TNF-α的影响.同时对从小鼠骨髓提取出的BMSCs原代培养后,通过ELISA检测炎症因子IL-1β、IL-6、TNF-α的含量.成骨诱导后,通过碱性磷酸酶活性检测和茜素红染色,以及Western blot检测ALP、RUNX2、OCN的蛋白表达情况,探究Sirt3敲除对成骨分化的影响.而在成脂诱导BMSCs后,通过油红O染色和Western blot检测Cebpα和Pparγ的蛋白表达情况,研究Sirt3敲除对成脂分化的影响.以上结果表明敲除Sirt3基因会导致成年小鼠成骨降低成脂增加的不同方向分化的趋势,同时发现Sirt3敲除后炎症因子分泌显著上调,因此炎症可能作为Sirt3调控BMSCs成骨成脂双向命运分化的机制之一.