低氧对骨髓来源间充质干细胞自发钙化的抑制作用及机制研究

干细胞移植被视为一种极具应用前景的治疗措施，但有关干细胞治疗的安全性研究极少，尤其对骨髓来源间充质干细胞(BM-MSCs)自发钙化的研究国内基本处于空白。已发现BM-MSCs存在着自发钙化的现象，这种特异性的自发钙化若应用于骨组织之外组织的修复将有可能危害人体健康。因此十分有必要探讨其自发钙化的机制和有效的抑制手段，为BM-MSCs安全应用奠定基础。本项目在我们前期研究发现低氧能抑制BM-MSCs自发钙化基础上，拟通过体外建立BM-MSCs自发钙化模型，研究低氧对特异性钙化抑制作用的机制，阐明HIF-1a-Hedgehog-Cbfal/Runx2抑制BM-MSCs自发钙化的机理。通过本项目研究，将进一步拓宽对BM-MSCs 生物学特性的认识，建立其自发钙化模型，阐明BM-MSCs自发钙化和抑制其自发钙化的分子机制，为BM-MSCs 安全有效的应用于临床和不同组织修复种子细胞的筛选奠定基础。

干细胞生物学特性的表征和安全性评价是细胞治疗临床应用首先需要解决的问题。骨髓间充质干细胞（Bone marrow derived mesenchymal stem cells, BM-MSCs）是细胞治疗常用的种子细胞来源，其临床有效性已在某些疾病中得以体现，但是安全性研究相对滞后，特别是干细胞的自发分化和错分化研究。BM-MSCs自发钙化作为MSCs自发成骨分化或病理微环境下错分化的一种体现，在软组织修复中可能带来不利影响。因此，对BM-MSCs自发钙化的机制及抑制手段的探讨是其安全应用于非骨组织修复的必要前提。..在本项目资助下，我们围绕“BMSCs自发钙化模型的建立、低氧对BMSCs自发钙化的抑制效果及机制”这2个核心问题，成功建立了BMSCs自发钙化模型并比较种属差异，观察了低氧对大鼠BMSCs自发钙化的影响，并进一步分析Shh蛋白对大鼠BM-MSCs增殖、成骨分化和促血管新生的作用，为探讨低氧抑制BM-MSCs自发钙化的机制提供参考。..我们发现，在不添加任何成骨诱导剂的培养条件下，大鼠BM-MSCs具有自发钙化的特性，具体表现为细胞随着培养时间延长而堆积、钙化并高表达碱性磷酸酶和成骨基因，SEM-EDX分析发现细胞堆积形成的钙结节样结构主要元素成分包含钙、碳、氧等，类似于无定型的类骨质；然而，不同种属来源BM-MSCs自发钙化倾向存在明显差异，采用相同培养模型，山羊和人BM-MSCs不会发生自发钙化，表现为茜素红染色阴性、低表达碱性磷酸酶等成骨分化相关基因；低氧培养可以显著抑制大鼠BM-MSCs自发钙化，这个结果与“低氧有助于MSCs干性维持”的相关报道一致；利用重组人音猬因子蛋白（N-Shh）培养大鼠BM-MSCs，发现它具有促增殖、成骨分化和血管生成因子表达的作用，提示在大鼠BMSCs自发钙化/骨化过程中Shh基因参与重要的调节功能，细胞可能以“自分泌”方式诱导自身分化。