转录因子SOX5调控骨髓破骨细胞分化微环境参与类风湿关节炎骨侵蚀的研究

Accumulated evidences have proved that the bone marrow edema is the strongest predictor of bone erosion for Rheumatoid arthritis (RA). The accelerated osteoclast activation in bone marrow caused by inflammation-mediated microenvironment might be an explanation, but the exact mechanism remains unclear. We previously identified a novel transcriptional factor of SOX5 involved in regulation the expression of RANKL, a central mediator of osteoclast development and osteoclast function. Our recently data indicated that the expression of SOX5 is 16-fold higher in the bone marrow cells from collagen induced mice arthritis than those in normal mice, which prompt us to hypothesize that SOX5 play a critical in regulation the microenvironment of osteoclast differentiation. Here, we will study the role of SOX5 on the differentiation of hematopoietic stem cell to osteoclast and the interaction of inflammatory cytokines and RANKL by conditional SOX5 knockout mice. Given bone marrow edema presents the early event of inflammation- mediated bone erosion, our proposal will not only help to fully understand the molecular mechanism of bone erosion in RA, most importantly, facilitate the identification a novel target to suppress bone lose in early stage.

大量证据表明骨髓水肿是最强预测类风湿关节炎(RA)骨侵蚀的危险因素，炎症导致骨髓微环境异常，引起破骨细胞过度分化激活是主要解释，迄今确切机制尚不明确。申请人近5年来大量原创性工作证明新转录因子SOX5参与调控破骨细胞分化关键基因- - RANKL表达，近期发现胶原诱导关节炎鼠骨髓细胞中SOX5表达增高16倍。为此，申请人提出假说：SOX5是调节RA骨髓破骨细胞分化微环境的关键因子。本研究将利用造血干细胞和髓系细胞（破骨前体细胞）条件性SOX5基因敲除鼠为工具，从分子、细胞以及动物层次揭示SOX5对骨髓破骨细胞分化微环境- - 上游：造血干细胞向破骨细胞谱系分化；下游：炎症介导的RANKL表达的影响。本研究不仅是申请人既往研究的延续和深入，更重要的是，骨髓水肿代表RA骨侵蚀的早期事件，以骨髓"破骨细胞分化微环境"为切入点，将有助于全面揭示RA骨侵蚀分子机制，并可能为探索新的早期干预靶标奠定基础。

大量证据表明骨髓水肿是最强预测类风湿关节炎(RA)骨侵蚀的危险因素，迄今确切机制尚不明确。本研究以骨髓微环境为切入点，采用条件性基因敲除鼠模型，从分子、细胞以及动物层次，揭示转录因子SOX5对炎性“骨髓破骨细胞分化微环境”的影响，获得两个重要原创性发现。 (1)本研究系统揭示了骨髓水肿与胶原诱导关节炎模型鼠（CIA）发病过程中关节炎症状、组织病理学及骨侵蚀的关系。我们的研究表明，CIA关节炎模型鼠发病过程中骨髓水肿早于关节炎症状、组织病理学改变及骨侵蚀出现。伴随骨髓水肿的出现，骨髓内微环境发生改变，表现为骨细胞数目增多，破骨分化激活相关的RANKL、IL-17 和TNF、CCL3 和CCL12等细胞因子、炎性因子和趋化因子表达增高，同时骨髓内T细胞和单核细胞比例显著增加，骨髓细胞有自发向破骨细胞分化倾向。表明伴随骨髓水肿的出现，骨髓内形成利于破骨细胞分化激活的微环境，我们命名为“破骨微环境，我们提出骨髓水肿与骨髓破骨微环境直接关联，参与RA骨侵蚀病理过程。我们的研究表明除了传统“滑膜炎症致骨侵蚀”机制外，骨内免疫异常，通过介导形成“骨髓破骨微环境”在骨侵蚀过程发挥了重要作用。该研究拓宽了对RA骨侵蚀病理机制的认识。 (2) 转录因子SOX5是调控骨髓破骨微环境的关键基因之一。我们发现骨髓水肿时骨髓细胞中SOX5显著高表达。构建条件性基因敲除鼠，在骨髓单核/巨噬细胞中定向敲除SOX5后，上游：骨髓细胞向破骨细胞分化能力显著降低，同时骨髓中破骨细胞分化相关的RANKL及炎症因子TNFa、IL-17，趋化因子CCL3 和CCL12的表达显著抑制；下游：定向敲除SOX5后,CIA模型鼠关节炎症状及骨侵蚀显著减轻，关节组织中RANKL基因表达显著减少。表明SOX5在RA骨侵蚀中发挥重要作用，抑制SOX5表达可能成为阻止RA骨侵蚀的新靶标。本研究结果有可能为类风湿关节炎及其他多种炎症相关的骨关节疾病带来新的治疗策略。