阿司匹林通过调节BMSCs乙酰化关键酶HDAC9干预骨质疏松的作用及机制研究

Osteoporosis is manifested by the bone microstructure damage, which can lead to the increase of bone brittleness and fracture. Osteoporosis in jaw is closely related to alveolar bone resorption, periodontitis, implant failure and bone regeneration disorder. Aspirin has obvious therapeutic effect on postmenopausal osteoporosis, but the treatment mechanism is not conclusive. Based on the preliminary research, this project suggests that aspirin may affect the differentiation of stem cells by modulating HDAC9 of the corresponding transcription factor promoter region. The interaction between protein and small molecule was designed by the synthesis and purification of HDAC9 protein in vitro, and the effect of aspirin on the expression of HDAC9 and downstream fatty genes and the sequencing of Chip-on-chip chromatin group were observed through cell experiment. In vitro, the effect of aspirin on HDAC9 in the process of lipid formation was demonstrated, and the promoter region of the downstream transcription factor was located. The effect of aspirin on HDAC9 was validated by constructing a model of osteoporosis by constructing a HDAC9 knock out mouse. To reveal the relationship between aspirin and HDAC9, to identify its downstream signaling network and to provide a new mechanism for the treatment of aspirin osteoporosis.

骨质疏松表现为骨微结构破坏，可导致骨脆性增加并易发生骨折。颌骨的骨质疏松和牙槽骨吸收、牙周炎、种植体失败、骨再生障碍密切相关。阿司匹林对绝经后骨质疏松有明显的治疗作用，但治疗机制还没有定论。课题组基于前期的研究基础，提出科学假设：阿司匹林可能通过调节HDAC9，继而影响其下游相应转录因子启动子区的结合，最终抑制干细胞成脂分化。本项目拟通过体外实验合成、纯化HDAC9蛋白质，进行蛋白质与阿司匹林交互实验；通过细胞实验观察阿司匹林在BMSCs成脂过程中对HDAC9及成脂基因表达的影响，并应用CHIP-on-chip染色质组测序，定位HDAC9下游转录因子的启动子区；通过体内实验构建HDAC9基因敲除小鼠，制作骨质疏松模型，观察HDAC9对骨质疏松形成的影响，并分析阿司匹林在这一过程中的作用。揭示阿司匹林与HDAC9的作用关系，明确其下游信号网络，为阿司匹林骨质疏松治疗提供新的机制研究。

骨质疏松（osteoporosis）是以骨量减少、微结构改变为主要特征的一种骨骼异常。已有的大量研究表明骨质疏松和牙槽骨吸收、牙周炎、种植体失败、骨再生障碍密切相关。因此增加骨质疏松患者的骨量，改善其成骨环境有着至关重要的意义。近年来研究发现，阿司匹林具有组蛋白去乙酰化酶抑制剂的作用。组蛋白去乙酰化酶家族是一类DNA结合蛋白，在调节细胞周期的同时，还参与DNA损伤修复。但是阿司匹林治疗很多疾病的选择性较强，例如在胃肠道肿瘤中发挥的作用在乳腺癌中难以实现。阿司匹林作为HDACi抑制并下调HDAC的表达，理论上应该促进干细胞的分化。然而事实证明，阿司匹林可以促进BMSCs成骨分化、抑制成脂分化。本课题的主要目的是阐述阿司匹林作为HDACi背后的表观遗传精细调控机制。本研究明确了阿司匹林在骨髓间间充质干细胞中的作用，及HDAC9的定位改变。揭示阿司匹林与HDAC9的作用关系，明确其下游信号网络，为阿司匹林骨质疏松治疗提供新的机制研究。目前已基本完成阿司匹林对骨髓间充质干细胞成脂分化过程中HDAC9的定位影响。初步通过代谢组学和转录组学对阿司匹林在干细胞成脂分化过程中基因和终产物的改变做了系统的联合分析。发现了阿司匹林不止对干细胞分化过程产生影响，对其衰老的进程也有影响。本课题对BMSCs连续传代，以构建复制性衰老模型，同时使用阿司匹林处理BMSCs，并通过RNA测序（RNA sequencing）技术，结合细胞生物学（PCR, western blot等）以及细胞学染色实验，以检测阿司匹林对衰老骨髓间充质干细胞的影响。SA-β-gal染色、PCR和western blot结果显示，阿司匹林能明显缓解衰老相关指标的表达，包括SA-β-半乳糖阳性细胞的减少和染色强度的降低，以及阿司匹林处理组，p16、p21和p53表达下调。RNA测序结果显示在与衰老相关的生物过程中，阿司匹林可影响细胞免疫反应和脂质代谢。综合上述结果，本研究揭示了阿司匹林可延缓骨髓间充质干细胞的衰老，为阿司匹林骨质疏松治疗提供新的机制研究。