破骨细胞通过RANK-RANKL逆向信号通路调控成骨细胞机制的研究

The functions of the osteoblast and osteoclast are coupled, and the imbalance of osteoblast and osteoclast will lead to diseases, for instance, osteoporosis. It is widely accepted that osteoblast regulates osteoclast through RANKL (Receptor Activator of Nuclear factor Kappa-B Ligand)-RANK pathway. However, how osteoclast feedback regulates osteoblast is still unclear. The latest researches indicate that RANKL on T cell can transduce reverse signal to regulate T cell. Therefore, we speculated that RANKL on osteoblast could also transduce reverse signal to regulate osteoblast. The reverse signal of osteoclast may be a potential way to regulates osteoblast by osteoclast. Our preliminary study confirmed that RANK could promote the proliferation and differentiation of osteoblast. To study the mechanism of the RANK-RANKL reverse signal on osteoblast, we design a full set of experiments. The research will uncover mechanisms of the osteoblast and osteoclast's interaction. The RANK-RANKL reverse signal theory will shine light on the treatment of osteoporosis.

通过抑制破骨细胞（OC）治疗骨质疏松症过程中往往伴随成骨细胞（OB）活性减弱，提示OC与OB功能存在偶联，但机制不清。现已明确RANKL-RANK途径是OB调控OC活性的关键通路。研究表明，RANK-RANKL逆向信号对T细胞功能有重要影响，但在骨代谢中未见相关报道。我们前期研究提示RANK可促进OB的功能，且此效应依赖RANKL。本项目中我们首次提出：OC可通过RANK-RANKL逆向信号反馈促进OB的功能，这种反馈促进作用的减弱是骨质疏松症的原因之一。我们拟研究RANKL逆向信号通路的具体信号传导途径和机制，比较骨质疏松患者和正常人OB中RANKL逆向信号通路各组分的活性，寻找骨质疏松症患者RANKL逆向信号通路活性降低的原因，并在小鼠骨质疏松症模型上尝试通过恢复RANKL逆向信号通路活性的办法防治骨质疏松症。本研究将为理解OB与OC相互调控机制及抗骨质疏松治疗提供新的思路。

该课题主要研究目标是破骨细胞是否能通过RANKL-RANK逆向信号通路调控成骨细胞的功能。我们首先在细胞水平进行了观察。在成骨细胞培养体系中加入RANK蛋白及对照物，通过观察成骨细胞的相关标志物发现RANK确实可以促进成骨细胞成骨，加入游离的RANKL可以阻断这一过程。对成骨细胞先通过RNAi技术降低其RANKL的表达量后也会阻断RANK的作用。这充分说明RANK是通过RANKL作用于成骨细胞的。然后我们应用细胞共培养体系观察成骨细胞、破骨细胞的相互作用，在共培养体系中加入RANKL可阻断破骨细胞对成骨细胞的作用，低表达RANK的破骨细胞对成骨细胞的刺激作用也较弱，这说明破骨细胞可通过RANK-RANKL调控成骨细胞。为了进一步研究RANKL逆向信号的机制，我们检测并干扰了成骨细胞中关键的几个信号通路，如BMP-Smads、Wnt、Notch、FGF，结果发现RANKL逆向信号通路依赖于P38 MAPK、Notch，与BMP2有协同作用。进一步我们在小鼠骨折不愈合模型上局部应用RANK，发现应用RANK协同BMP2可以促进局部的成骨标志物、骨痂形成，促进骨折愈合。综上，我们的研究证明了破骨细胞可通过RANK-RANKL逆向信号通路促进成骨细胞的功能，这个机制可能促进骨折的愈合，对骨折不愈合的治疗有重要意义。