硅刺激作用下miR-148b调控脂肪干细胞成骨分化的机制研究

The interreaction between the seed cells and the scaffold materials is the basic research of bone tissue engineering. Our previous studies showed that the biomaterials containing silicon and its extract could stimulate the osteogenesis of adipose derived stem cells (ASCs).Our preliminary experiment showed that the silicon in a certain concentration could stimulate the osteogenesis of ASCs and the microRNA-148b (miR-148b) was high expression during this stimulation process. We hypothesized that certain concentration silicon could improved the osteogenesis of ASCs and the miR-148b was one positive regulator in this process. In this research, we will make silicon stimulating ASCs as the research object and use the miRNA and siRNA of miRNA-148b to explore the function of miR-148b in the osteogenesis of ASCs; meanwhile we will screen the target genes of miR-148b and study the function of the target genes in regulation of the osteogenesis of ASCs. In addition, we furthermore investigate the regulation of miR-148b in bone formation in vive via the mouse bone defected model.This task will firstly elucidate the mechanism of regulation functions of the silicon on the osteogenic differentiation of ASCs in the miRNAs level, and provide experimental evidence for the application of using bone tissue engineering repairing the bone defect and development of new scaffold materials.

种子细胞和支架材料的相互作用是骨组织工程的基本研究内容。我们前期研究显示含硅生物材料及其浸提液能够促进脂肪干细胞（ASCs）体外成骨分化，但是其作用机制尚不明确。预实验发现一定浓度的硅可以促进ASCs成骨分化，且在此过程中microRNA-148b (miR-148b) 表达显著升高。我们推测：适宜的硅可促进ASCs成骨分化，而miR-148b是调控此促进作用的正向调节因子。本研究将应用miR-148b过表达及反义表达载体，以硅刺激的ASCs为研究对象，明确miR-148b在ASCs成骨分化中的调控作用；同时筛选miR-148b特定靶基因，研究该靶基因调控细胞成骨分化的机制，并利用小鼠骨缺损模型，体内探究miRNA-148b调控骨形成的机制。本课题将首次从miRNAs水平阐明硅调控ASCs成骨分化的机制，为应用骨组织工程修复骨缺损的实施及新型支架材料的研制提供实验依据。

骨组织工程为骨缺损，特别是由原发肿瘤切除、外伤、手术切除和矫形导致的大体积骨缺损的修复和再生提供了新的治疗策略。脂肪干细胞是近年发现的具有多项分化潜能的间充质干细胞，我们前期研究显示人脂肪干细胞在体内体外能够向成骨方向分化，但是其调控机制尚不明确。本项目主要筛选促进ASCs成骨分化的最佳硅离子浓度，并确定miR-148b是硅离子促进ASCs成骨分化的关键调控基因；同时探讨miR-148b特定靶基因，并观察靶基因HDAC2调控ASCs成骨分化的作用机制；以及观察体内、外miR-148b调控骨缺损修复的能力。目前已确定促进ASCs成骨分化的最佳硅离子浓度为200uM；明确miR-148b是最佳硅离子浓度促进ASCs成骨分化的关键调控基因，是硅反应特异性miRNA，其可促进成骨特异性标记物的表达；根据生物信息学分析结果验证了miR-148b的靶基因为HDAC2，初步明确miR-148b/HDAC2通路在调控硅促进ASCs成骨分化过程中的作用。项目组在前期研究的基础上，进一步构建了骨缺损动物模型并成功修复，从而为miR-148b调控ASCs成骨分化的体内研究奠定了基础。目前观察体内miR-148b调控ASCs成骨分化及骨缺损修复的研究还在进行中。项目组构建了兔的尺骨骨缺损模型和小鼠的股骨骨缺损模型，成功应用异体来源的脂肪干细胞修复骨缺，为研究体内研究miR-148b促进骨缺损修复提供实验基础。此外，课题组还开展了JNK信号通路调控ASCs成骨、成脂分化机制研究。同时，我们对成骨分化的脂肪干细胞的免疫特性进行了初步研究，以上研究成果发表在“Experimental Cell Research 和Cell Tissue Res”上。