间充质干细胞在炎性微环境中选择性调节破骨细胞发育和功能及其机制研究

间充质干细胞（MSC）是一类最早发现于骨髓微环境中的成体干细胞，具有造血和免疫调控作用。破骨细胞由造血细胞发育而来，主要定位于骨髓微环境中，具有骨质吸收作用。以往的研究表明MSC促进破骨细胞发育，增强其骨质吸收作用。但是，我们的前期研究却发现MSC受肿瘤坏死因子刺激后，转为抑制破骨细胞发育，减弱其骨质吸收作用，且与RANKL/RANK信号通路中的骨保护素表达水平密切相关。而目前国内外均未见MSC选择性调节破骨细胞及其机制的报道。为此，本课题拟借助小鼠炎性损伤模型，从MSC调节破骨细胞增殖、迁移和分化以及MSC与免疫细胞相互作用进而影响破骨细胞等多方面来研究MSC在炎性微环境中对破骨细胞的调节作用。本课题有助于全面了解MSC对破骨细胞发育和功能的调控作用，将为骨免疫研究领域提供理论积累，为MSC的临床应用提供有效的理论与实验依据。

虽然间充质干细胞（MSCs）已经被用于治疗骨损伤相关疾病如类风湿性关节炎并取得了不错的效果，但是目前关于MSC对破骨细胞的调节作用的认识还主要基于体外实验的结果，并且已有的结果存在争议，相互矛盾。为了优化MSC治疗骨病的效果，深入研究MSC在体内对于破骨细胞的调节作用并阐明其机制至关重要。本课题执行期间在体内外开展了系统研究，主要包括建立脂多糖介导的炎性骨损伤小鼠模型（LPS小鼠），通过尾静脉输入MSC，通过制备骨切片进行破骨细胞特异染色（TRAP染色）判断MSC在体内调节破骨细胞生成的效果；通过定量PCR检测破骨细胞发育的转录因子的表达；通过微CT检测和II型胶原降解物测定判断MSC在体内对于破骨细胞骨质破骨能力的影响。为进一步阐明MSC在炎性微环境内抑制破骨细胞发育和功能的机制，我们通过荧光标记技术检测了输入的MSC在LPS小鼠体内的分布情况，并研究了MSC和受者T细胞相互作用对破骨细胞生成的影响。我们的研究发现，输入MSC可以显著抑制LPS小鼠体内的破骨细胞生成，减轻骨质破坏情况，MSC示踪结果表明输入的MSC显著迁移到LPS小鼠的脾脏内。进一步研究表明MSC与来源于LPS小鼠的活化的T细胞接触后显著抑制破骨细胞发育和功能。而中和抗体实验和RNA干涉实验的结果表明T细胞通过分泌炎性细胞因子肿瘤坏死因子α和白细胞介素1β促使MSC分泌大量的破骨细胞抑制因子骨保护素（OPG），从而抑制了破骨细胞的发育和功能。MSC和T细胞之间的相合作用还包括:MSC抑制了活化的T细胞分泌促破骨生成的因子如核因子受体KB配体，白细胞介素17A等。本课题的研究结果表明MSC能够在体内外通过和活化的T细胞相合作用，发挥抑制破骨细胞作用。.本课题执行过程中，我们意外发现肿瘤坏死因子α等可以通过上调MSC表面的细胞间粘附分子1（ICAM-1）抑制MSC向成骨细胞分化。采用基因修饰手段过表达ICAM-1也可以降低MSC的成骨分化能力，而用RNA干涉技术敲低ICAM-1则可以部分挽救MSC的成骨分化能力。大鼠颅骨修复实验结果表明ICAM-1可以在体内抑制MSC的成骨和矿化能力。机制研究方面：过表达ICAM-1可以显著活化MSC中的MAPK通路和NF-κB通路，而抑制PI3K/AKT通路，加入相应的通路抑制剂进一步确认了分子机制。本研究提示ICAM-1可能是一个改善炎性微环境中骨再生的新靶点。