LncRNA HOXA11-AS/miR-214调控骨形成-骨血管生成偶联在运动防治骨质疏松中的机制研究

Osteogenesis is coupling with angiogenesis in the bone microenvironment, the degeneration of which is one of the primary causes of osteoporosis. Long non-coding RNA (lncRNA) has been reported to regulate osteogenesis as well as angiogenesis and exercise is capable of preventing osteoporosis. However, whether exercise can promote osteogenesis and angiogenesis via lncRNA still remains unknown. Recently, we found that the expression of lncRNA HOXA11-AS and some angiogenic factors was down-regulated in the tibia of osteoporotic mice, whereas exercise could up-regulate the expression of lncRNA HOXA11-AS and these angiogenic factors. HOXA11-AS was previously known to regulate angiogenesis and osteogenesis by acting as a competing endogenous RNA (ceRNA) for miR-214. Therefore, we hypothesize that exercise may promote osteogenesis and angiogenesis via lncRNA HOXA11-AS/miR-214, thus potentially preventing the development of osteoporosis. To elucidate the underlying mechanisms, HOXA11-AS knockout mice will be used in the treadmill running experiment in vivo and osteoblasts will receive mechanical strain stimulus in vitro. This study will greatly increase our understanding of the mechanisms whereby exercise promotes osteogenesis and angiogenesis, providing the rationale for exercise in the prevention of osteoporosis.

骨形成与骨血管生成偶联，骨形成及骨血管生成能力的衰退是诱发骨质疏松症的主要原因之一。长链非编码RNA(lncRNA)能调控骨形成及骨血管生成。运动能够防治骨质疏松，但运动是否通过lncRNA促进骨形成及骨血管生成仍未见报道。近期申请人通过基因芯片发现，LncRNA HOXA11-AS及相关血管生成因子在骨质疏松小鼠胫骨中表达下调，而运动能上调HOXA11-AS及相关血管生成因子的表达。经查阅文献发现，HOXA11-AS能抑制miR-214表达，调控血管生成及骨形成。因此，申请人在前期研究的基础上提出假设：运动调控lncRNA HOXA11-AS/miR-214促进骨形成及骨血管生成，进而防治骨质疏松。本研究将构建成骨细胞HOXA11-AS基因敲除小鼠进行运动干预，结合体外机械应力刺激成骨细胞验证假设。该研究将揭示运动促进骨形成及骨血管生成的部分机制，为骨质疏松的运动防治提供理论依据。

运动作为一种非药物干预手段，能够有效防治骨质疏松，但其确切机制尚未明确。目前认为运动及其诱导的机械应力刺激促进骨形成和骨微环境血管生成是运动防治骨质疏松的可能机制之一。LncRNA已被证实能够广泛参与骨代谢的调控，相关研究发现lncRNA HOXA11-AS能够参与血管生成及骨形成的调控，但运动是否通过lncRNA HOXA11-AS促进骨形成及骨血管生成尚未见相关报道。因此，本项目主要探索lncRNA HOXA11-AS在运动防治骨质疏松中的作用机制。通过构建去卵巢骨质疏松小鼠模型并进行运动干预发现，运动在促进骨微结构及骨血管生成的同时上调骨骼 lncRNA HOXA11-AS 表达，细胞实验也发现，lncRNA HOXA11-AS在骨髓间充质干细胞（BMSC）及成骨细胞成骨分化的过程中表达逐渐上调，且在机械应力促进成骨分化的过程中上调。因此，我们采用Cre-loxp系统进一步构建了成骨细胞条件性HOXA11-AS敲除小鼠（Ob-CKO）和间充质干细胞条件性HOXA11-AS敲除小鼠（MSC-CKO），发现敲除HOXA11-AS能够抑制小鼠的骨形成，导致骨微结构退化，且这种现象在MSC-CKO小鼠中更加明显，而在MSC-CKO小鼠BMSC中过表达lncRNA HOXA11-AS能够改善BMSC向成骨分化的能力。对CKO小鼠进行跑台运动干预后发现，运动能够改善因BMSC及成骨细胞HOXA11-AS缺失所导致的骨微结构退化及骨强度减弱。在成骨细胞中分别高、低表达HOXA11-AS后的结果也证实了HOXA11-AS在成骨分化早期的积极作用。.此外，在BMSC中敲低HOXA11-AS后检测了细胞成骨分化及增殖能力，并收集干预后的上清液干预内皮细胞系SVEC进行划痕实验，发现HOXA11-AS能够促进BMSC成骨分化并调控血管内皮细胞迁移与增殖，进而参与BMSC-血管内皮细胞偶联的调控。这些结果验证了lncRNA HOXA11-AS在骨形成及运动改善骨代谢中的作用。本研究通过在体与离体研究两个层面阐释了lncRNA HOXA11-AS在运动防治骨质疏松中的作用机制，丰富了运动防治骨质疏松的理论依据，为运动防治骨质疏松的机制研究提供了新的方向。.