机械力介导NF-κB信号通路对成骨细胞与破骨细胞功能耦联的调节作用及机制研究

The mechanisms responsible for the coupling of bone resorption and bone formation under mechanical conditions are still unclear. We have shown previously that NF-kB signaling pathway play an important role in regulating the function of osteoblasts and osteoclasts under mechanical stimulation. In this project, based on our previous research results, we will focus on NF-kB signaling pathway, use the cell-mechanical strain culture model and animals test combined with gene transfer, RNA interference techniques and proteins analysis methods to investigate the effect of NF-kB signaling pathway on the differentiation of osteoblasts and osteoclasts, and interaction between NF-kB signaling pathway and RANKL／RANK axis or EphB4/ephrinB2 bidirectional signaling under different mechanical stimulation, to explore the regulation mechanism of NF-kB signaling pathway on the functional coupling of osteoblasts and osteoclasts under mechanical stimulation. This study will provides a novel mechanism responsible for the coupling of osteoblasts and osteoclasts, and help to explain the complicate process of bone remodeling under mechanical conditions, and provides a new clue and scientific basis for prevention and cure of pathologic diseases resulted from the disruption of bone homeostasis under abnormal mechanical force.

应力状态下成骨细胞与破骨细胞功能耦联是骨改建的生物学基础，但其机制有待进一步深入研究和完善。我们前期的研究结果提示NF-κB信号通路对成骨细胞和破骨细胞的分化及功能起着非常重要的调节作用，可能是应力作用下成骨细胞与破骨细胞功能耦联的关键激动靶点。因此，本项目将以NF-κB信号通路为中心，通过采用细胞力学及分子生物学等实验方法并结合动物试验，研究不同应力条件下NF-κB信号通路对成骨细胞、破骨细胞分化的影响及其与RANKL／RANK信号系统及EphB4/ephrinB2双向信号转导之间的相互作用关系，系统分析和探讨在机械力介导下NF-κB信号通路对成骨细胞与破骨细胞功能耦联的调节作用及分子机制。本项目的研究是我们前期大量研究的继续，将有助于进一步揭示应力状态下骨改建机理，合理解释应力环境下复杂的骨改建现象，同时为异常应力条件导致的骨改建失衡相关疾病的防治提供新的思路和实验依据。

应力状态下成骨细胞与破骨细胞功能耦联是骨改建的生物学基础，我们前期的研究结果提示NF-κB信号通路对成骨细胞和破骨细胞的分化及功能起着非常重要的调节作用。因此，本项目以NF-κB信号通路为中心，通过采用细胞力学及分子生物学等实验方法并结合动物试验，研究了牵张应力条件下NF-κB信号通路对成骨细胞、破骨细胞分化的影响及其与RANKL／RANK信号系统及EphB4/ephrinB2双向信号转导之间的相互作用关系，系统分析和探讨了在机械力介导下NF-κB信号通路对成骨细胞与破骨细胞功能耦联的调节作用及分子机制。研究结果发现： 1、成骨细胞受到牵张应力作用时，核因子κB信号通路被激活。牵张应力可通过核因子κB信号通路调节成骨细胞分化及相关基因的表达。2、成功构建了小鼠NF-кB/p65基因的RNA干扰慢病毒载体，当成骨细胞NF-кB/p65基因表达被抑制，成骨相关基因ALP、OCN的表达明显上升，成骨功能增强；同时RANKL的表达明显下降，其介导的破骨细胞骨吸收功能减弱 。3、 NF-κB信号通路是应力作用下成骨细胞与破骨细胞功能藕联的关键靶点，应力条件下NF-κB信号通路与RANKL／RANK信号系统及EphB4/ephrinB2双向信号转导之间相互影响。4、NF-κB信号通路的阻断减弱了大鼠正畸牙移动过程中压力侧牙周组织的生物学变化，减少了破骨细胞生成，阻碍了牙齿的移动。5、 NF-κB信号通路的阻断，降低了正畸牙移动过程中压力侧牙周组织NF-κB p65、RANKL、OPG、ephrinB2的表达，升高了EphB4的表达。研究结果表明：成骨细胞在机械应力作用下，当NF-κB信号通路被激活时，通过RANKL／RANK信号系统诱导破骨细胞分化成熟、发挥功能并表达ephrinB2。然后ephrinB2和成骨细胞表达的EphB4相互作用，正向信号抑制成骨细胞NF-κB信号通路，诱导成骨分化标志物表达增强，促进成骨细胞的分化，反向信号抑制NF-κB级联反应从而抑制破骨细胞的分化，最终实现应力状态下骨吸收向骨形成的转化，维持骨组织应力改建的平衡。