Hippo和Wnt信号通路串联对话在不同成骨方式的牵张成骨力传导条件下的时空转换机制

Distraction osteogenesis (DO), a well-established surgical procedure, initiates a biomechanical process that stimulates an endogenous biological reaction to create new bone. The difference of mechanotransduction mechanism of different osteogenic modes of distraction osteogenesis remains unclear. In our preliminary studies, it was foud that YAP1 increased and P-YAP1 decreased at the distraction phase, compared with consolidation. We transfected BMSCs with rrDDK1, and found the expression of YAP1 was decreased. We speculated that Hippo signaling played an important role in bone regeneration, and interact with Wnt signaling during distraction osteogenesis. In this project, we analyzes the difference of the expressions of Hippo signaling in different osteogenic modes and different phases of distraction osteogenesis, verifies the role of Hippo signaling in osteogenic differentiation and bone regeneration during distraction osteogenesis, and explores the molecular mechanisms of the nexus between Hippo and Wnt signaling. In clinical work, we expect this project will provide a potential biological target and a more comprehensive molecular mechanism for distraction osteogenesis.

牵张成骨是一种矫治骨骼畸形、骨缺损及延长骨的外科治疗手段。然而，不同成骨方式下的牵张成骨力传导机制的研究较为缺乏。前期研究中，我们通过基因芯片技术研究牵张成骨不同时期的基因表达情况，发现与固定期相比，牵张期YAP1表达水平升高，而P-YAP1蛋白水平表达降低；用重组DDK1转染骨髓间充质干细胞后，发现YAP1表达降低。由此，我们提出Hippo信号通路在不同成骨方式下的牵张成骨成骨分化及骨再生过程中起重要的调控作用；同时，Hippo信号通路与Wnt信号通路在力传导过程中存在串联协作关系的工作假说。本项目首先分析Hippo信号通路在牵张成骨不同成骨方式过程中不同时期的表达情况及差异；其次验证Hippo信号通路在牵张成骨骨再生过程中的作用；最后验证Hippo与Wnt信号通路之间串联关系的分子学机制。以期在临床实践中，对调控牵张成骨的骨形成及骨再生提供潜在的生物学靶点和更完善的分子学理论基础。

目的：本研究通过体内及体外实验探讨Hippo与Wnt信号通路的串联对话在牵张成骨过程中对骨形成和再生的作用机制。.材料与方法：本研究采用基因芯片技术检测大鼠牵张成骨过程中Hippo与Wnt信号通路相关分子的变化。体外培养大鼠BMSCs，并使用慢病毒载体抑制Hippo信号通路的表达。采用ALP及茜素红染色研究Hippo信号通路对BMSCs成骨功能的影响。采用Real-time PCR，Western-blot和免疫荧光检测骨特异性标记物和Hippo及Wnt信号转导相关基因和蛋白的表达。另外，体内建立大鼠胫骨牵张成骨模型，使用慢病毒载体抑制Hippo信号通路的表达，采用Micro-CT及HE染色检测牵张间隙内成骨效果，采用免疫组织化学染色观察Hippo及Wnt信号转导相关基因和蛋白的表达，以进一步验证Hippo与Wnt信号通路的串联对话在牵张成骨中的作用。.结果：基因芯片结果显示，在固定期Hippo信号通路表达下调，提示Hippo信号通路可能在牵张成骨骨生成过程中发挥作用。当Hippo信号通路被抑制后，体外BMSCs的特异性基因表达、碱性磷酸酶活性和钙沉积显著提高，这种现象伴随着Wnt/β-catenin信号通路的上调。另外在体内实验可以观察到，当Hippo信号通路的表达被抑制后，牵张间隙内的骨形成和再生能力显著提高。.结论：本研究表明抑制Hippo信号通路可通过激活Wnt/β-catenin促进BMSCs的成骨分化，并提高大鼠胫骨牵张成骨的骨形成和再生能力。Hippo与Wnt信号通路的串联对话在牵张成骨骨形成和再生过程中发挥重要作用，可能为骨组织工程提供新的治疗策略。