RANKL通过调控Tpst1表达介导骨小梁骨折所致疼痛的机制研究

Pain is the most common symptom which is complained in the outpatient department of orthopedics. Previous studies showed that osteoporosis is one of the main causes of pain. We found that the severity of trabecular fracture was positively associated to the severity of pain in the mouse model of osteoporotic. The mice were grouped according to the severity of pain. Gene expression microarray analysis was done and showed that there was a significant difference in RANKL and Tpst1 gene expression in trabecular fracture induced pain. It is reported that RANKL can activate the downstream Smad4 and other transcription factors through the JNK signaling pathway. Tpst1 is involved in the posttranslational modification of CXCR4, and its transcription can be regulated by Smad4. Combined with reports and our previous studies, we proposed that trabecular bone fracture can activate the expression of RANKL and promote RANKL’s binding to Rank. Jnk signaling pathway and downstream transcription factor Smad4 can be activated as a result. Then TPST1 expression can be upregulated by Smad4 and promotes CXCR4’s posttranslational modification, thereby elevates inflammation level and induces pain. We will study the effects and mechanisms how RANKL regulates the expression of Tpst1 and induces pain in trabecular fracture with synchrotron radiation imaging and cell and molecular biology methods respectively, in order to provide theoretical support to the treatment for trabecular fracture induced pain and find new drug targets.

疼痛是骨科病人主诉最多的症状，研究发现骨质疏松是导致疼痛的主要原因之一，对骨质疏松导致疼痛的机制研究，有利于疼痛病因的鉴别诊断和治疗方案的优化，具有重要的临床价值。项目组前期发现，骨质疏松小鼠模型中，骨小梁骨折的严重程度与疼痛程度成正比，并且存在JNK-Smad4信号通路的活化。通过基因表达谱芯片检测，发现RANKL与Tpst1基因在骨小梁骨折所致疼痛中存在显著的同向表达差异。结合文献和前期研究，项目组提出：骨小梁骨折可激活RANKL的表达，结合RANK后活化JNK信号通路及下游转录因子Smad4，上调Tpst1的表达，促进CXCR4的磺基化，继而升高炎症水平，诱发疼痛。本项目拟通过同步辐射成像、Tpst1转基因小鼠和分子生物学手段，分别从体内、细胞和分子水平，进一步研究并阐释RANKL通过Tpst1诱导疼痛发生的作用机制，为骨小梁骨折所致疼痛的治疗提供理论支持和药物治疗新靶点。

疼痛是骨科病人主诉最多的症状，研究发现骨质疏松是导致疼痛的主要原因之一，对骨质疏松导致疼痛的机制研究，有利于疼痛病因的鉴别诊断和治疗方案的优化，具有重要的临床价值。骨小梁骨折又称“微骨折”，是骨质疏松发生后最早出现的表现和最主要的并发症。骨质疏松小鼠模型中，骨小梁骨折的严重程度与疼痛程度成正比。RANKL是调节破骨细胞分化的关键因子之一，前期研究中我们发现RANKL与Tpst1基因在骨小梁骨折所致疼痛中存在显著的同向表达差异，我们提出骨小梁骨折可通过RANKL、TPST1通路诱发疼痛。为研究RANKL及TPST1在骨小梁骨折所致疼痛中的调控作用，在体外，发现通过敲减RANKL，可降低JNK的活化和TPST1的表达，并抑制下游炎症小体的活化以及炎症因子的表达。、构建Tpst1的荧光素酶报告基因质粒，在293T细胞中与Smad4共转染，证实了Smad4可与Tpst1基因结合，发挥激活Tpst1表达的转录调控作用。通过过表达或敲减Tpst1证实Tpst1能够促进CXCR4的活化，进而加重局部炎症反应。在体内，使用Denosumab抑制RANKL后，小鼠椎体及循环中组胺与PGE2的含量显著下降，且JNK、Smad4、CXCR4的活化水平均降低，炎症因子水平降低。同时通过构建Tpst1敲除小鼠，发现TPST1能够显著调控CXCR4的表达，从而启动骨小梁骨折所致的炎症过程，触发痛觉过敏。综上所述，骨小梁骨折中存在RANKL的上调，可以通过激活JNK-Smad4信号通路上调Tpst1的表达，进而调控机体内炎症反应水平，从而诱发疼痛。本项目提出了骨小梁骨折是导致疼痛等症状产生的关键因素之一，为临床上部分疼痛患者的病因治疗提供依据，探索药物治疗的新靶点，并拓展了疼痛及骨退行性变研究的思路。共发表SCI收录期刊论文（标注资助）2篇，协助培养2名硕士研究生毕业。