Sonic hedgehog 基因对去分化的关节软骨细胞再分化作用的实验研究

关节软骨损伤的治疗已经发展到自体软骨细胞移植阶段。在体外培养过程中，关节软骨细胞发生去分化是自体软骨细胞移植技术的一个主要缺点，限制了该技术的应用。根据细胞因子可以维持软骨细胞表型理论和项目主持人的前期实验结果，本研究运用基因治疗和组织工程等学科的基础知识和方法，从国际领域前沿探索如何促进去分化软骨细胞再分化，探讨提高软骨修复质量的深层次理论与应用基础问题。首先借助非病毒载体FuGene 6携带Sonic hedgehog（Shh）基因转染去分化的大鼠关节软骨细胞，观察对体外培养的去分化软骨细胞再分化的作用及机制；进而观察过表达Shh的去分化软骨细胞在植入大鼠膝关节软骨部分缺损区后不同时期的生物学变化过程，并评价其修复软骨缺损的能力。本研究深入探讨Shh基因对去分化的关节软骨细胞再分化作用及机制，探索关节软骨损伤治疗的新方法，为临床研究奠定理论基础。

本研究运用基因治疗和组织工程等学科的基础知识和方法，从国际领域前沿探索如何促进去分化软骨细胞再分化，探讨提高软骨修复质量的深层次理论与应用基础问题。首先借助非病毒载体FuGene 6携带Sonic hedgehog（Shh）基因转染去分化的大鼠关节软骨细胞，观察对体外培养的去分化软骨细胞再分化的作用及机制；进而观察过表达Shh的去分化软骨细胞在植入大鼠膝关节软骨部分缺损区后不同时期的生物学变化过程，并评价其修复软骨缺损的能力。研究发现Shh可以促进去分化的软骨细胞再分化，再表达软骨细胞主要相关基质蛋白如aggrecan、II型胶原，促进GAG的分泌。肥大软骨细胞是软骨细胞终端分化状态，导致软骨基质钙化，发生软骨内骨化。过表达Shh可以抑制X型胶原的表达，抑制软骨细胞的终端分化。研究发现Shh通过上调胚胎软骨发生信号通路（Ptc1, Gli1和Sox9）及促进多种细胞因子（BMP2和IGF1）的表达促进去分化的软骨细胞再分化。Shh能模拟多种细胞因子的作用，促进去分化的软骨细胞再分化。过表达Shh基因的软骨细胞在植入关节软骨部分缺损区后，组织学分析表明Shh促进软骨细胞的再分化，减少软骨细胞凋亡，显著提高再生软骨的质量，促进了软骨的修复。在新生软骨组织中可以检测到Shh蛋白的表达和植入细胞在软骨缺损区内的定植。在研究结果的基础上，我们提出Shh通过重建胚胎时期软骨形成的信号通路，促进去分化的软骨细胞再分化，提高软骨修复质量。研究进一步证明了去分化的软骨细胞具有间充质前体细胞的性质，加深了我们对去分化软骨细胞的理解。