miR-17-92细胞分子信号网络调控骨骼生长发育及重塑的深入研究

The intercellular crosstalk among osteoblast, osteoclast, osteocyte and chondrocyte is involved in the precise control of bone modeling and remodeling. Disruption of this cellular and molecular signaling would lead to congenital skeletal malformations or metabolic bone disease such as osteoporosis. Recent studies of Feingold syndrome demonstrate that miR-17-92 plays an important role in bone modeling. Our preliminary studies show that conditional deletion of miR-17-92 cluster in osteoblast or osteocyte results in lower bone mineral density, but normal skeletal development; conditional deletion of miR-17-92 cluster in chondrocyte or osteoclast reveals the higher bone mass and bone mineral density, and abnormal bone development. These data indicate that miR-17-92 plays different important roles in different bone cells during bone modeling and remodeling. This proposal is going to determine the cellular and molecular signaling network of miR-17-92 cluster in bone modeling and remodeling through miR-17-92 conditional knockout mice, senile and postmenopausal osteoporosis animal models, as well as clinical studies. This research will provide a theoretical basis and novel targets for osteoporosis and congenital skeletal malformations.

骨骼的发育和重塑由成骨细胞、破骨细胞、骨细胞和软骨细胞为中心的细胞分子信号网络精准调控，该网络的失衡是骨骼发育畸形和骨质疏松等疾病的病理基础。最近研究证实miR-17-92突变为Feingold综合征骨发育畸形的新遗传机理。课题组在国家自然基金资助下发现骨骼细胞内条件性敲除miR-17-92后表型截然不同：成骨细胞或骨细胞内定向敲除鼠骨量减少，无骨骼发育畸形；破骨细胞或软骨细胞内定向敲除鼠骨量增加，破骨细胞内敲除鼠脊柱和肋骨发育畸形、软骨细胞内敲除鼠腕骨发育畸形。提示miR-17-92在不同的骨骼细胞中发挥不同的调控作用。课题组设想miR-17-92和骨骼细胞组成的细胞分子信号网络精准调控骨骼的发育和重塑。拟利用现有的基因工程鼠并结合临床病例进一步揭示miR-17-92调控骨骼发育和重塑的细胞分子信号网络，为相关骨骼先天畸形和骨质疏松的诊治提供新的思路和方法。

骨骼的发育和重塑由成骨细胞、破骨细胞、骨细胞和软骨细胞为中心的细胞分子信号网络精准调控，该网络的失衡是骨骼发育畸形和骨质疏松等疾病的病理基础。围绕miR-17-92在该细胞分子信号网络中的作用及作用机理，课题组从基础研究和临床研究两方面开展研究：通过Cre-loxP 技术分别构建了骨细胞、软骨细胞和破骨细胞选择性敲除miR-17-92的基因工程小鼠并研究其表型，通过全基因组外显子测序研究了miR-17-92基因及其它基因在骨骼先天畸形病人中的突变情况。.在骨细胞和破骨细胞中敲除miR-17-92后对骨发育没有明显影响，在软骨细胞中敲除miR-17-92后对骨发育有部分影响。在骨细胞中敲除miR-17-92后松质骨和皮质骨均骨量下降，破骨细胞功能增强，其作用途径是通过TGFβ信号一方面直接促进骨细胞RANKL/OPG表达，导致破骨细胞功能增强，另一方面抑制骨细胞的增殖并调控骨陷窝/微管网络。在软骨细胞中敲除miR-17-92后骨量升高，软骨、成骨及破骨细胞功能基因Sox9、Col2a、Col10a、Runx2、ALP、Col1a、VEGF、CTSK、OPG及RankL表达显著升高，骨小梁表面破骨细胞数量明显增多，呈高骨转化状态。在破骨细胞敲除miR-17-92后导致破骨细胞形成减少、功能降低、骨量增加，说明miR-17~92为破骨细胞分化成熟的正向调控因子。在骨骼先天畸形的家系研究中，没有发现miR-17-92基因突变，发现的突变基因包括NTRK1，JAG1，POLD1，Phex和XLαs等。通过本项目的研究明确了miR-17-92骨细胞、破骨细胞和软骨细胞的调控作用及其作用机制，完成了预期目标。