炎症微环境通过ELP2引起成骨分化抑制的机制研究

There is few reports regarding the role of inflammatory microenvironment (IM) on osteoblast differentiation, and effects of relevant intervention recently. Our previuos study proved that TNF-α inhibits osteoblast differentiation via NF-κB pathway, and the following quantitative proteomics reveals ELP2 as a regulator to the inhibitory effect of TNF-α on osteoblast differentiation. However, the mechanism of actions of ELP2 interfere with osteoblast differentiation inhibition elicited by IM has not been established. Bioinformatics analysis suggest that ELP2 interacted with pathways of STAT3 and NF-κB which launch the inflammatory response. Based on this, we hypothesised that osteoblast differentiation inhibition elicited by IM via ELP2 pathway. In this projet, we will design overexpression and knockdown vectors of ELP2, investigate the effects and mechanism of ELP2 on the models that IM mediated osteoblast differentiation inhibition in vitro and in vivo. The study will provide scientific evidence for ELP2 as a novel therapeutic target to treat IM related osteoblast differentiation inhibition, through blocking double pathways of inflammation.

目前鲜有报道关于炎症对成骨分化的影响及其干预措施。我们前期发现TNF-α通过NF-kB通路抑制成骨分化；进一步蛋白组学研究发现蛋白ELP2在该过程中表达上调，同时ELP2的细胞功能获得了初步验证。目前ELP2参与炎症引起成骨分化抑制的机制尚未清楚，生物信息学提示其与STAT3及NF-КB通路密切相关。本研究基于此提出假说：炎症刺激通过ELP2介导STAT3及NF-КB通路引起成骨分化抑制。本课题拟构建ELP2过表达及表达抑制载体，采用western blot、免疫共沉淀、激光共聚焦、荧光素酶报告基因及骨形态计量学等方法，探讨ELP2在炎症介导的体外细胞及体内动物模型的作用，以及ELP2通过STAT3及NF-КB通路参与炎症引起成骨分化抑制的作用机制。研究结果将评估ELP2作为干预炎症抑制成骨分化潜在药靶的可能，为ELP2单靶点阻滞双炎症通道,改善炎症抑制成骨分化提供新思路和理论依据。

背景：目前临床上对感染性骨不连多采用病灶清除辅以抗生素应用为主，但应用抗生素存在作用时效短暂，细菌生物被膜阻碍抗生素渗透到达病变骨组织，以及病患局部血药浓度无法达到有效杀菌目的的弊端，甚至局部高浓度抗生素还可抑制成骨细胞、内皮细胞生长进而影响骨折愈合。因此针对病灶局部病理特点，寻找一种更加安全、特异、有效的方法是目前感染性骨不连研究的热点和难点问题。炎症刺激如何影响成骨分化，如何改善炎症刺激对成骨分化的影响，目前国内外相关研究较少。.研究内容和结果：我们采用梯度高浓度TNF-α炎症刺激抑制成骨分化，证实高浓度TNF-α抑制成骨分化具有时间及剂量相关性，同时激活了炎症信号通路中STAT3的表达。进一步构建ELP2过表达和表达抑制载体，转染TNF-α刺激下BMP-2诱导分化的C2C12细胞，证实过表达 ELP2可以增强炎症对成骨细胞分化的抑制。相反，抑制ELP2表达可以改善炎症对成骨细胞分化的抑制。最终机制研究初步明确了ELP2激活JAK2/STAT3信号通路参与炎症抑制成骨分化过程的作用机制，最后分子库筛选得到了若干基于药靶ELP2阻断的小分子化合物，同时完成了候选兴趣化合物的生物学功能验证。.结论：高浓度TNF-α抑制成骨分化具有时间及剂量相关性，ELP2激活JAK2/STAT3信号通路参与TNF-α抑制成骨分化过程，筛选得到的基于药靶ELP2阻断的小分子化合物可能是改善炎症抑制成骨分化的治疗药物。