KLF4/LISPR1/S1P1/ERK5信号通路参与流体剪切应力调控成骨细胞的增殖：基于长链非编码RNA/LncRNA的实验研究

Previously, we demonstrated that fluid shear stress (FSS) plays an important role in regulating osteoblast proliferation via ERK5 signaling pathway. Currently, our preliminary experiments showed that lncRNA LISPR1 is related to FSS-induced osteoblast proliferation. Moreover, we found that LISPR1 interacts with ERK5, KLF4 and S1P1, but the mechanisms underlying it remain largely unknown. Thus, we postulated that the KLF4/LISPR1/SIP1/ERK5 signaling pathway is critical in promoting FSS-induced osteoblast proliferation and anti-osteoporotic effects. We will deeply study the molecular mechanisms whereby FSS promotes osteoblast proliferation through KLF4 / LISPR1 / SIP1 / ERK5 signal pathway in vitro and vivo at molecular level, cellular level, and systematic biological level. The experimental methods include recombinant adenovirus of overexpressing or knocking out the target gene (MEK5), Crispr/Cas9 system, and fluid shear stress inducing system. This study will provide new treatment concepts and ways for the future prevention and treatment of osteoporosis.

我们以往研究发现流体剪切应力可以通过ERK5信号通路调控成骨细胞的增殖，也发现长链非编码RNA(LncRNA)在流体剪切应力诱导的成骨细胞增殖中有重要作用，而且LncRNA LISPR1与ERK5、KLF4、S1P1等关键因子之间存在相互调控关系，但是具体机制并不清楚。因此，我们提出如下假设：流体剪切应力可以通过KLF4/LISPR1/SIP1/ERK5信号通路促进成骨细胞的增殖，并抑制小鼠骨质疏松的发生。为了验证上述推断，我们将从整体水平、细胞水平、分子水平和基因水平等不同层次上进行深入研究，使用过表达或者敲除靶基因MEK5的重组腺病毒、Crispr/Cas9基因敲除系统、蛋白质组学、精准生物力学加载系统等实验手段，通过体内外实验阐明KLF4/LISPR1/SIP1/ERK5信号通路在促成骨细胞增殖中的具体分子调控机制和抗骨质疏松形成中的生物调控功能，为临床治疗骨质疏松提供新的思路。

骨质疏松症已成为人口老龄化的社会性健康问题。基于前期基础，本研究拟探讨ERK5信号通路在流体剪切应力（FSS）介导的成骨细胞生物学功能的机制，为临床治疗骨质疏松提供新思路。（1）本课题的主要研究内容：探讨ERK5信号通路在FSS介导的成骨细胞增殖和凋亡中的调控机制，以及FSS敏感的LncRNA对小鼠骨质疏松症的改善作用。（2）重要结果：①FSS通过ERK5信号通路下调KLF4 并促进小鼠MC3T3-E1成骨细胞增殖。②FSS上调成骨细胞中LncRNALISPR1、S1PR1的表达水平，并增加P-ERK5的表达。③FSS通过NFATc1-ERK5途径促进成骨细胞增殖，并通过ERK5信号通路抑制RAW264.7细胞分化。④FSS可通过VEGFA/ERK5信号通路促进成骨细胞增殖，该作用是通过下调miR-140-5p实现的。⑤FSS促进成骨细胞表型可以被竞争性内源性RNA(ceRNA)调控，FSS加载后可促进成骨细胞增殖，抑制成骨细胞凋亡，该机制是通过LncRNATUG1与miR-34a相互作用并上调FGFR1实现的。⑥LncRNATUG1是对FSS敏感的关键小分子RNA，其可通过miR-34a/FGFR1轴减轻去卵巢小鼠的骨质疏松。（3）科学意义：本课题探讨了FSS通过ERK5信号通路调节成骨细胞生物学功能的潜在机制，包括其中发挥关键作用的LncRNA、microRNA和ceRNA机制，发现力学敏感的LncRNA对小鼠骨质疏松症的改善作用，发现了治疗骨质疏松症的潜在靶点, 具有一定的临床转化应用价值。