Progranulin通过TNFR信号通路调节成骨-破骨平衡治疗骨质疏松的研究

The pathological basis of osteoporosis is inflammatory reaction which plays a key role. Tumor Necrosis Factor-a (TNF-a) is the most important inflammatory cytokine in osteoporosis. Applicant found progranulin (PGRN) could inhibit osteoclastogenesis through tumor necrosis factor receptor (TNFR) signaling. Besides this, applicant proposes “PGRN treat osteoporosis through TNFR pathways”. To address this issue, this study proposes to take advantage of genetic knockout mice and clinic samples, using animal model and primary cells, by mass spectrum and high-put-through method to investigate the expression and role of PGRN in osteoporosis. Furthermore, this study aims to demonstrate mechanism of PGRN in osteoporosis. In addition, this study aims to make PGRN-derived engineered protein Atsttrin for applying an alternative for the accurate treatment and targeting osteoporosis.

炎症反应是骨质疏松发生的病理基础，在骨质疏松发生发展过程中发挥关键性作用，而肿瘤坏死因子-a（Tumor Necrosis Factor-a，TNF-a）是骨质疏松中重要的炎症因子。申请者前期发现在类风湿和骨关节炎中，前体颗粒蛋白（Progranulin，PGRN）能够通过肿瘤坏死因子受体（Tumor Necrosis Factor Receptor，TNFR）抑制破骨作用。在此基础上，申请者提出“PGRN通过TNFR通路治疗骨质疏松”的科学假说。为验证这一假说，本课题拟采用基因敲除小鼠及临床样本进行研究，采用构建动物模型，分离原代细胞，质谱分析及高通量筛查的方法，研究PGRN在骨质疏松发生发展中的表达规律以及PGRN在骨质疏松中的治疗作用，阐明PGRN在骨质疏松中发挥作用的分子机制，制作PGRN工程衍生蛋白Atsttrin，为骨质疏松的精准治疗提供理论依据和作用靶点。

项目背景：骨质疏松是老龄化社会常见病和多发病，正常骨代谢是骨形成和骨吸收动态平衡的过程，成骨细胞介导的骨形成和破骨细胞介导的骨吸收是维持骨平衡的关键。骨质疏松是一种炎症反应引起的骨代谢异常，炎症可以导致成骨细胞活性下降，破骨细胞数目及活性增强，造成骨流失。.主要研究内容：.从临床人体水平，明确人体内PGRN含量同骨质疏松程度的关系。确定PGRN与骨质疏松之间的线性关系。.从实验动物水平，验证体内PGRN同骨质疏松程度之间的关系及PGRN对骨质疏松的治疗作用。建立卵巢去势术（ovariectomy，OVX）动物模型。并予以外源性PGRN干预治疗，每周抽取小鼠外周血并予以microCT检测，待模型构建完成后，将骨组织取下做病理检查。将骨组织中蛋白予以液氮处理，提取全组织蛋白，应用免疫印迹方法定量分析PGRN含量同骨质疏松之间的关系。在液氮处理的骨组织标本中用Trisol法提取RNA，通过经典反转录获取cDNA，采用Real-time PCR检测骨组织中破骨细胞标志物转录水平的表达，检测成骨细胞标志物ALP转录水平的表达。.从细胞分子水平，探索PGRN在骨质疏松中发挥作用的信号通路及分子机制。应用原代细胞或细胞系，检测PGRN能否抑制破骨细胞形成和促进成骨细胞分化。.重要结果：PGRN及其衍生物Atsttrin在炎症条件下至少通过三种途径发挥其增强成骨细胞生成和抑制破骨细胞生成的作用。a) PGRN及其衍生物Atsttrin直接与TNFR1结合，抑制TNF-α诱导的破骨细胞生成；b) PGRN及其衍生物Atsttrin竞争性地与TNFR1结合，挽救TNF-α介导的成骨细胞生成的抑制；c) PGRN及其衍生物Atsttrin，通过TNFR2-Akt/Erk1/2信号传导增强成骨细胞形成和活性。.科学意义：这为研究炎症条件下成骨细胞-破骨细胞的调节机制提供了新的思路，并为临床治疗提供了潜在的治疗目标。本课题得出PGRN含量与骨质疏松程度之间的关系，为以后诊断骨质疏松症提供新的生物学标记参考。实现对骨质疏松病情的早期预测，预后评估，以期达到个性化精准治疗的目的，提高骨质疏松诊治与预防的效益。