hsa_circ_0001508/miR-381-3p/HDAC4作用轴双向调控ADSCs成软骨分化的机制研究

To date, we have not been able to differentiate the mesenchymal stem cells in chondrocytes to form a bioengineered cartilage without early degeneration. Non-coding RNAs (ncRNAs), acting as a ceRNA, have been established to participate in the crucial processes of MSCs chondrogenesis and cartilage degeneration. Circular RNAs (circRNAs), one of the most widespread ncRNAs in eukaryotes, form a covalently closed continuous loop, are presumably more stable than most linear RNAs. Supported by two National Natural Science Foudation of China, we have demonstrated that miR-381 can alter chondrogenesis of ADSCs as well as cartilage degeneration at the same time. One possible mechanism is the epigenetic interactions of circRNA-miRNA-mRNA as a ceRNA network. Our analysis has led to one chondrocyte-related circRNAs (hsa_circ_0001508), which may competitively combine to miR-381-3p and suppress its regulation to HDAC4, causing the early degeneration of chondrocytes. Our preliminary data also confirmed this possibility. In this study, we will provide novel insight for better understanding of ceRNA-mediated gene regulation of hsa_circ_0001508/miR-381-3p/HDAC4 signal axis in chondrogenesis and early chondrocyte degeneration. With the understanding of this specific ceRNA network, we will facilitate the regulation of ADSCs differentiation and degeneration and provide possible new insight for the reconstruction of cartilage tissue engineering.

组织工程软骨种子细胞成软骨分化后稳定性较差且早期易退变，与细胞调控密切相关。ncRNAs与miRNAs组成的ceRNA调控环在间充质干细胞成软骨分化及退变中发挥重要作用，circRNAs因结构稳定且具组织特异性而备受瞩目。申请人在两个国自然基金资助下证实miR-381在ADSCs成软骨分化中特异性高表达，可同时促进成软骨分化及软骨退变，即具备双向调控能力，可用表观遗传及ceRNA调控网络协同作用来解释。经预实验及信息学分析发现hsa_circ_0001508可作为ceRNA竞争结合miR-381-3p而拮抗其对HDAC4的调控，致软骨早期退变，进一步预实验亦证实这一可能性。本研究拟从细胞-组织-整体层面阐明hsa_circ_0001508/miR-381-3p/HDAC4作用轴，进而干预该轴使ADSCs成软骨分化早期更好地分化，中晚期退变得以抑制，为解决组织工程软骨早期退变难题提供新思路。

骨性关节炎（osteoarthritis，OA）发病率高，危害严重，发病机制仍未阐明。非编码RNAs（non-coding RNAs，ncRNAs）在OA发病中发挥重要作用，但是其具体调控机制仍有待阐明。本项目对于ncRNAs调控干细胞成软骨分化以及软骨细胞退变的效应及分子机制进行了深入探讨，利用动物模型以及细胞模型研究发现ncRNAs可通过不同的分子机制调控干细胞成软骨分化以及软骨细胞退变，从而有望应用于OA的防治。我们本项目研究发现，circNFIX可通过靶向miR758-3p/KDM6A轴调控软骨生成和软骨稳态。此外，我们还发现长链非编码RNAs（long non-coding RNAs，lncRNAs）在干细胞分化以及软骨退变调控中亦发挥了重要调控作用。首先，我们进行了人脂肪来源的干细胞（adipose-derived stem cells，ADSCs）成软骨分化过程中的外泌体lncRNAs的特征分析，发现了多数调控ADSCs分化的候选lncRNAs。我们进一步研究发现LINC00473翻译的新蛋白APIR可能作为炎症应答增强子通过与TRIM21结合激活NF-κB通路增强炎症反应，从而促进软骨退变。最后，我们还进行药物调控干细胞成软骨分化的研究，发现阿司匹林通过稳定YAP表达从而逆转TNF-α对人骨髓间充质干细胞成软骨分化的抑制作用。至此，通过本项目的开展，我们初步阐明了ncRNAs调控干细胞成软骨分化以及软骨细胞退变的效应与分子机制。此外，还探索阿司匹林在干细胞成软骨分化中的重要调控作用，为未来OA的防治提供了新的治疗靶点以及潜在药物，也为OA发病机制的研究提供了新思路。在本项目资助下，目前已发表SCI文章10篇（2篇IF大于10分，6篇IF5-10分），总影响因子达76.835；获批4项国家专利（2项实用新型专利与2项发明专利）；培养博士后3名（1名已出站），博士研究生5名（1名已毕业）以及硕士研究生1名（已毕业）。