经ERK1/2、STAT3互作通路干预失重下柚皮苷作用于T细胞介导的成骨细胞分化机制

Long-term space flight can lead to significant bone loss and decreased immune function. The mechanism of microgravity affects the proliferation and differentiation of osteoblasts and T cells, and the decrease of T cell functional activity indirectly aggravates the decline of osteoblast differentiation and proliferation. Our study shows that, under weightlessness, 1. naringin can increase the expression of ERK1/2, STAT3 protein and promote the proliferation and differentiation of osteoblasts; 2. T cell-induced immune factors such as IL-6 and OPG regulate osteoblast differentiation. Other studies confirmed that IL-6 can activate ERK1/2, STAT3. Based on the above data and other studies, a scientific hypothesis is proposed: Naringin on T cell-mediated osteoblast differentiation under the weightlessness is mediated by the ERK1/2 and STAT3 signaling pathways. To this end, we will study its targets in the ultrastructure, gene transcription, translation and other aspects under the weightlessness at the organ, cell and molecular level, using immunohistochemistry, high-throughput screening, RT-PCR, And molecular mechanisms, build ERK1/2, STAT3pathway interobserved osteoblastic network, and functional verification of key molecules. Provide theoretical and technical support for Chinese medicine pharmacology and space bone loss mechanism.

长期太空飞行可导致明显骨量丢失和免疫功能下降。其机制为微重力影响了成骨细胞和T细胞的增殖和分化，T细胞功能活性的减弱间接加重了成骨细胞分化增殖能力的下降。我们前期研究显示，失重下，1.柚皮苷可提高ERK1/2、STAT3蛋白表达，促进成骨细胞增殖分化； 2. T细胞诱导的免疫因子IL-6、OPG等调控成骨细胞分化。而其他研究证实，IL-6可激活ERK1/2、STAT3。综合上述数据和其他研究报告，提出科学假说：柚皮苷在失重下对T细胞介导的成骨细胞分化是经ERK1/2、STAT3信号通路相互作用机制。为此，将在失重下在器官、细胞、分子水平，用免疫组化、高通量筛选、RT-PCR、Western blot等技术对超微结构、基因转录、翻译水平、等方面研究其靶点及分子机制，构建ERK1/2、STAT3通路互作成骨细胞网络，并对关键分子进行功能验证，为中药药理和空间骨丢失机制提供理论和技术支持。

长期太空飞行导致机体出现骨量丢失以及免疫机能降低问题，无论是衰老或退变产生的骨质疏松，免疫系统与骨的相互作用本身就是骨质疏松病理过程的重要机制和组成部分。本研究根据骨免疫影响骨代谢理论，进一步研究失重下柚皮苷促进成骨细胞和T细胞增殖分化、抗炎的双重作用与ERK1/2、STAT3通路相关。以三维回转仪模拟微重力条件，以柚皮苷干预成骨细胞增殖、分化，加入T细胞与成骨细胞共培养，并检测ERK/STAT3信号转导通路的变化和各项细胞生物学行为、细胞因子表达。结果发现，中药物质柚皮苷对成骨细胞有促进增殖分化的作用，从而更好的起到抗成骨细胞凋亡的作用，同时发现柚皮苷能提高碱性磷酸酶活性和促进PCNA蛋白表达。在失重状态下，发现柚皮苷干预组的ERK2的表达远高于对照组。说明在微重力下，T淋巴细胞介导成骨细胞在柚皮苷干预下产生的增殖分化可能与ERK2通路蛋白的激活有关。模拟失重环境下，IL-6的蛋白相对表达上调，提示IL-6可促进成骨细胞中NF-κB通路的激活，从而参与微重力对成骨细胞的负性调控作用。失重条件下，重力对细胞的机械性刺激减少，对比药物对成骨细胞的影响，柚皮苷能提高成骨细胞STAT3的表达水平，促进成骨细胞分化。提示柚皮苷增加骨量的作用可能与骨免疫和STAT3信号通路相关。表明柚皮苷对模拟微重力下T细胞共培养体系中成骨细胞的增殖分化作用，包括两种直接作用和间接作用两种同时存在的机制：直接作用是柚皮苷作用于模拟微重力下成骨细胞的ERK/STAT3信号转导通路串扰，促进成骨细胞增殖分化；间接机制是经ERK1/2、STAT3信号通路相互作用促进T细胞表达IL-6，间接促进成骨细胞增殖分化。本实验在失重状态下进一步探索柚皮苷对成骨细胞的作用靶点及信号转导通路，为以后航天医学、中药学及骨科学的交叉研究提供技术支持。共发表核心期刊论文6篇，获专利一项，培养研究生8名。