氧浓度对髁突软骨细胞生物学功能的影响及作用机制研究

The etiology of temporomandibular joint osteoarthritis (TMJ-OA) is complex and still unknown. Currently, it is recognized that the function degeneration and apoptosis of mandibular condylar chondrocyte (MCC) are mainly responsible for the disease development. Our previous work found that the hyperbaric oxygen (HBO) could both inhibit the cell apoptosis induced by IL-1β and improve cell proliferation and other biological characteristics via activating the PI3K/Akt pathway. However, the mechanism of different oxygen concentration affecting MCC is very complicated and deserves exploration. Unfortunately, the previous research strategy only explored and verified the limited target gene and signal pathway, which could not clarify the internal mechanism quickly and efficiently. Therefore, this project is aimed to further clarify the effects of different oxygen concentrations on the biological characteristics of MCCs. Importantly, the focus of our project is attempt to illuminate the targeted genes and the relevant signal pathway via using the bioinformatics technology such as the transcriptional sequencing. The derived mechanism would be verified by the technology of RNA interference and gene overexpression. Our study is expected to clarify the biological characteristics of MCC under different oxygen environment, and clarify the mechanism of different oxygen concentration affecting MCC, which could provide new basis and ideas for the mechanism and treatment of TMJ-OA.

颞下颌关节骨关节炎发病机制尚不明确，特征表现为髁突软骨细胞（MCC）的功能退化与凋亡。我们前期发现, 高氧环境通过激活PI3K/Akt通路，抑制IL-1β诱导的MCC凋亡，增强MCC的生物学活性。然而不同氧浓度影响MCC的机制十分复杂，以往方法无法高效地明确其靶基因及信号通路，阐明其作用机制。近年来，生物信息学技术的出现，显示出其在疾病机制研究及靶点筛选方面的巨大优势。因此，本项目拟在前期工作基础上，运用生物信息学技术，明确不同氧气浓度对MCC生物学特性的影响；并采用转录组测序等生物信息学技术，对氧环境作用于细胞的靶基因进行预测，深入分析获取的生物信息，明确相关的信号通路；利用过表达、RNAi等技术，对通路机制进行验证。通过本研究，有望明确MCC在不同氧环境下的生物学功能变化，阐明氧环境作用于细胞的基因靶点和信号通路，为TMJ-OA的发生机制及治疗策略提供新的依据和思路。

颞下颌关节骨关节炎（TMJ-OA）是一类发病机制不清、病因不明的疾病，发病率极高，其引发的关节疼痛、功能紊乱等一系列问题，严重影响着人们的身心健康。主要病理表现是髁突软骨细胞（MCC）的生物学功能退化，如细胞增殖、分化和迁移能力的减弱甚至丧失，以及细胞发生凋亡和坏死。因此，明确MCC发生病理学改变的因素，是阐明TMJ-OA发生机制的关键问题。目前对髁突软骨病理性退化和低愈合潜能的理解仍十分有限，相关机制通路尚不清楚，因此针对TMJ-OA患者仍然没有十分有效的治疗手段， 绝大部分患者只能伴随疼痛和颞下颌关节功能障碍度过余生。阐明 TMJ-OA 的发病机制，探索切实可行的治疗策略是口腔领域亟待解决的问题.针对以上问题，本项目成功建立了TMJ-OA动物模型；检测了内质网执行蛋白CAS12和CHOP的表达及对维持MCC生理稳态的作用；阐明了颞下颌关节软骨细胞缺氧与内质网应激的关系。采用转录组测序等生物信息学技术，对氧环境作用于细胞的靶基因进行预测， 通过高通量测序技术筛选出差异表达mRNAs、miRNAs、lncRNAs和circRNAs，并利用GO富集分析和KEGG通路分析明确了它们的生物学功能，最终获得低氧环境下大鼠颞下颌关节软骨的特异mRNAs、miRNAs、lncRNAs和circRNAs，分析这些特异RNAs的功能，筛选出差异表达的基因137个mRNAs；筛选出MAPK信号通路、PI3K/Akt信号通路和Wnt信号通路在TMJ-OA发生发展中起着重要作用。发现其主要富集在免疫、代谢等相关的生物学功能上。.同时通过对MAPK/ERK、PI3K/Akt进行了验证，并检测了其相关通路JNK/c-Jun、ERK作用于MCC的作用机制，明确了MCC在不同氧环境下的生物学功能变化 ，阐明了氧环境作用于细胞的基因靶点和信号通路，为TMJ-OA的发生机制及治疗策略提供新的依据和思路。