CXCR2通过细胞衰老调控软骨终板干细胞在椎间盘内稳态维持系统中功能的分子机制研究

The homeostasis maintenance system of intervertebral disc activates the exogenous and endogenous stem cells to maintain the number of viable and functional cells in disc. The damage of this system has been regarded as a key step of disc degeneration. Cartilage endplate stem cells (CESCs), an endogenous stem cell in this system, their functions are regulated by multiple factors. Among them, cell senescence has aroused wide attention. However, its effects on CESCs remains unknown. On the other hand, we found that CXCR2 regulated the senescence and senescence-associated secretory phenotype of CESCs. Thus, in this study, we will use in vitro and in vivo models to investigate the effects of CXCR2 on the senescence of CESCs and the underlying molecular mechanism. Moreover, we will demonstrate the effects of cell senescence on the functions of CESCs and on the process of disc degeneration. These results will provide a new sight into the mechanism of CESCs senescence. Furthermore, it contributes to developing CESCs-based biological therapies for disc degeneration.

椎间盘内稳态维持系统通过激活内外源性干细胞来维持椎间盘内存活与功能细胞数量的稳定。该系统的破坏被认为是椎间盘退变的关键环节。软骨终板干细胞（CESCs）作为该系统中的内源性干细胞，其功能受到多方面因素的调控。其中，细胞衰老因其对细胞功能的显著影响受到广泛关注。然而，其对CESCs功能的影响并不清楚。另一方面，本课题组结合前期研究成果和预实验发现炎症受体CXCR2对软骨终板干细胞的衰老和衰老相关的分泌表型（SASP）具有调控作用。所以，本研究旨在利用体内外模型，通过CXCR2过表达和抑制干扰策略，探索CXCR2对软骨终板干细胞衰老的调控作用及其调控机制，并进一步明确衰老状态下的软骨终板干细胞功能的变化以及对椎间盘退变进程的影响。所获得研究成果为了解CESCs衰老的调控机制提供了新的理论，并有利于将CESCs有效地应用于椎间盘退变的再生治疗。

一、项目背景：椎间盘内稳态维持系统通过激活内外源性干细胞来维持椎间盘内存活与功能细胞数量的稳定。该系统的破坏被认为是椎间盘退变的关键环节。软骨终板干细胞（CESCs）作为该系统中的内源性干细胞，其功能受到多方面因素的调控。其中，细胞衰老因其对细胞功能的显著影响受到广泛关注。然而，其对CESCs功能的影响并不清楚。另一方面，本课题组结合前期研究成果和预实验发现炎症受体CXCR2对软骨终板干细胞的衰老和衰老相关的分泌表型（SASP）具有调控作用。.二、主要研究内容：本研究旨在利用体内外模型，通过CXCR2过表达和抑制干扰策略，探索CXCR2对软骨终板干细胞衰老的调控作用及其调控机制，并进一步明确衰老状态下的软骨终板干细胞功能的变化以及对椎间盘退变进程的影响。所获得研究成果为了解CESCs衰老的调控机制提供了新的理论，并有利于将CESCs有效地应用于椎间盘退变的再生治疗。.三、重要结果：1、明确 CESCs 的衰老对椎间盘内稳态维持系统的功能影响；2、明确 CXCR2 对 CESCs 衰老的调控作用和具体分子机制；3、明确衰老的 CESCs 的 SASP 以及“旁观者”效应；4、明确 CXCR2 对 CESCs 的 SASP 的调控作用以及对其“旁观者”效应的影响和分子机制；5、研究成果以论著形式发表SCI论文10篇。.四、关键数据：1、氧敏NOX4依赖性ROS具有基因毒性，通过ERK信号激活p53-p21-Rb和p16-Rb通路，诱导椎间盘内细胞周期阻滞；同时在椎间盘细胞中通过MAPK和NF-κB通路诱导胞外基质分解以及促炎基因的表达；2、随着IDD的进展，NOX4在椎间盘细胞中的表达随着p21和Rb的上调而增加，NOX4的过表达促进了ROS的产生，加速了椎间盘细胞的衰老。.五、科学意义：改善NOX4依赖ROS的产生不仅是延缓椎间盘细胞衰老的一种潜在方法，而且是治疗IDD的一种有希望的治疗措施。