组蛋白甲基化在激素性股骨头坏死MSC成骨-成脂分化中的调控机制研究

Steroid-induced avascular necrosis of femoral head (SANFH) mostly affects young adults which seriously affects the daily life and work of the patient, and has high disability rate.The imbalances between osteo-adipo differenciation of mesenchymal stem cells (MSCs) are recognized as one of the main causes of SANFH,However, the specific regulation mechanism is very complicated. Recent studies show that histone methylation plays a crucial role in adipogenic and osteogenic differentiation of MSCs.Our previous study found that histone methyltransferase and demethylase have changed during the process of osteogenic differentiation of SANFH-derived MSCs. More importantly, the methylation levels of H3K4 on promoter region of osterix,osteoblast-specific transcription,were decreased significantly..Based on recent research findings and our experimental basis, this study explored the histone modification patterns, sites and closely related histone demethylase, histone methyltransferase on promoter region of key transcription factors in the osteo-adipo differenciation of mesenchymal stem cells (MSCs).The purpose of this project is to lay the foundation for elucidating the epigenetic mechanisms of SANFH and provide a potentially effective intervention target for the treatment of SANFH.

激素性股骨头坏死(Steroid-induced avascular necrosis of femoral head，SANFH)常累及青壮年，严重影响患者的生活质量，致残率高。MSCs的成骨、成脂分化功能失调被认SANFH发生的主要病因之一，但其具体调控机制十分复杂。最新研究显示组蛋白甲基化在MSCs成脂与成骨分化过程中起着非常关键的作用。我们前期研究发现,SANFH来源的MSCs成骨分化过程中组蛋白甲基化转移酶和去甲基化酶发生变化，更重要的是成骨细胞特异性的转录因Osterix的启动子区H3K4甲基化水平明显下降。基于新近的研究成果和我们的实验基础，本研究探讨SANFH发病中调控MSCs成骨、成脂分化关键转录因子启动子区的组蛋白修饰方式、位点及其密切相关的组蛋白去甲基化酶、组蛋白甲基转移酶，为阐明SANFH发病表观遗传学机制奠定基础，为治疗SANFH提供潜在有效干预靶点。

激素性股骨头坏死(Steroid-induced avascular necrosis of femoral head，SANFH)常累及青壮年，严重影响患者的生活质量，致残率高,目前由于无药可治，其有效治疗已经成为全球骨科医生面临的严峻挑战。首先从SANFH 的特征性组蛋白去甲化酶、甲基转移酶、甲基化位点及其调控途径的研究一科学问题出发，通过体外（MSCs 成骨分化抑制模型）及体内（小鼠SANFH 模型）中探究地塞米松明显抑制MSCs 成骨分化功能,明显影响许多组蛋白去甲基化酶及甲基化转移酶的表达及组蛋白赖氨酸残基甲基化水平及成骨细胞特异性的转录因启动子区域组蛋白甲基化水平的影响。我们已建立小鼠激素性骨头坏死模型，采用Micro-CT扫描确定造模成功后，将正常组来源MSC及激素性骨头坏死模型小鼠来源MSC进行转录组测序。我们发现KDM7A、KDM6A、KDM6B、KDM5A、KDM5B、KDM5C、KDM5D、KDM4A、KDM4B、KDM4C、KDM3A、KDM3B、KDM2A、KDM2B、KDM1A、KDM1B及KDM8等赖氨酸去甲基化酶在两组之间有明显差异，进一步筛选与糖皮质激素所致MSCs 成骨分化抑制密切相关的组蛋白去甲基化酶、组蛋白甲基转移酶，探究SANFH 发病中MSCs 成骨分化关键转录因子启动子区的组蛋白修饰方式、位点，为阐明SANFH 发病表观遗传学机制及早期干预，提供理论依据和潜在治疗靶点。另外，本研究探讨ERK信号通路是否参与锶抵抗地塞米松对BMSC成骨分化的抑制作用，我们外源性添加了ERK抑制剂U0126，与地塞米松和锶一起刺激BMSC后，通过Western blot检测了ERK的磷酸化水平。结果表明，锶处理可以部分阻止地塞米松诱导的ERK信号通路的失活，锶增高ERK信号通路的磷酸化水平，加入U0126使ERK信号通路的磷酸化水平降低。我们进一步分析了ERK信号通路是否参与了BMSC中锶介导的成骨分化和基质矿化。结果表明，锶可以挽救地塞米松导致的BMSC基质矿化抑制作用，并伴有RUNX2，Osx和ALP蛋白水平的提高。然而，U0126阻止了锶对地塞米松处理的BMSC成骨分化及基质矿化的促进作用。提示ERK信号通路参与锶抵抗地塞米松对BMSC成骨分化的抑制作用。