Nestin在肌腱干细胞表型维持及肌腱分化中的作用和机制研究

Tendon injury is one of the most common sports injuries but the repair of injured tendons remains a great challenge, largely owing to a lack of in-depth understanding of the mechanisms that regulate the function and the differentiation of tendon stem cells. We identified a group of Nestin positive tendon stem cells. This project will further investigate the role of Nestin in tendon stem cells phenotype maintenance and differentiation by RNA interference in vitro. Also we will take advantage of tendon development and tissue engineering model to explore the regulation roles of Nestin in tendon stem cells during tendon physiological and pathological situation in vivo. Furthermore, we will screen surface relative gene and downstream signal gene of Nestin in tendon stem cells by single cell gene analysis. This study is expected to provide novel knowledge for tendon stem cells differentiation and may assist in future strategies to treat tendon diseases.

肌腱运动损伤作为一种常见的运动性损伤疾病目前修复困难，肌腱标志及分化调控知识缺乏严重阻碍了干细胞应用于肌腱的再生治疗。本课题组前期研究发现肌腱组织中存在一群Nestin阳性的肌腱干细胞，但是其在肌腱干细胞中的功能未知。本项目拟进一步研究Nestin在肌腱干细胞表型维持和分化调控的作用。即1)采用肌腱发育和组织工程修复模型，明晰Nestin在生理和病理条件下对肌腱干细胞的调控作用和方式；2)并通过单细胞基因分析技术筛选Nestin阳性的肌腱干细胞的表面关联基因和下游调控基因，确认Nestin在肌腱干细胞中作用机制。本课题的研究成果将提供新的肌腱干细胞亚群分离策略以及Nestin阳性肌腱干细胞亚群的分化调控知识，对肌腱生物学和再生治疗具有重要作用。

肌腱运动损伤作为一种常见的运动性损伤疾病目前修复困难，肌腱干细胞特异识别标志及分化调控知识缺乏严重阻碍了干细胞应用于肌腱的再生治疗。无论是体外还是体内的干细胞都具有极高的异质性，许多传统干、祖细胞的类型都被证实包含了多种功能各异的细胞亚型。本课题在肌腱中首次利用单细胞基因分析技术解析肌腱细胞亚群，在肌腱中分离并鉴定了新的nestin+肌腱干/祖细胞（TSPCs）亚群，并在体内外证实nestin对于肌腱干细胞的表型维持及分化决定中的关键作用。本课题的关键研究发现和创新点如下：1）利用单细胞基因分析技术解析肌腱细胞亚群结构：单细胞基因分析技术突破了传统群体细胞研究平均化的局限，申请人将其利用于肌腱细胞的亚群解析，揭示了肌腱细胞由三大亚群组成，不仅清晰展现了细胞群体的异质性，同时也发现了各个亚群的特点。加强了目前对于构成肌腱组织的细胞组成的认知。2)进一步研究Nestin在肌腱干细胞表型维持和分化调控的作用。通过敲降实验在体内外证实nestin对于肌腱干细胞腱系分化成熟中的关键作用。同时通过单克隆实验，证实了nestin阳性的TSPCs较nestin阴性的TSPCs自我更新能力更强，多项分化潜能方面具有更强的腱系的分化能力。3)在肌腱发育过程种和组织修复模型，明晰Nestin在生理和病理条件下对肌腱干细胞的调控作用和方式，在发育过程中的特定分化阶段以及在肌腱形成起始阶段，nestin阳性的TSPCs数量较多，并于肌腱特异转录因子和基质蛋白基因表达的趋势呈现正相关。并通过免疫荧光和nestin-GFP小鼠进一步证实nestin阳性的TSPCs在发育和成熟肌腱组织中的数量和定位，主要存在与腱膜、腱内膜和血管外周。并发现nestin阳性的TSPCs参与肌腱损伤早期的内源修复。在本项目资助下，研究成果以论文的形式发表，在本领域的国际核心刊物SCI 上发表12 篇文章；其中7篇IF>5，项目负责人作为第一作者或者共同一作发表文章4篇，一篇文章为Science子刊。研究成果获得2017年第八届全国组织工程与再生医学大会优秀青年论文二等奖。本课题的研究成果将提供新的肌腱干细胞亚群分离策略以及Nestin阳性肌腱干细胞亚群的分化调控知识，对肌腱生物学和再生治疗具有重要作用。