缺氧诱导因子-1a增强骨形态发生蛋白-9介导的间充质干细胞成骨分化及其机制研究
间充质干细胞(MSCs)具有自我更新能力，能分化为成骨细胞、成软骨细胞、成脂细胞和肌原性细胞等。其成骨诱导分化特征具有临床应用价值。可用来治疗如节段性骨缺损、骨不连及脊柱融合失败等。在生物组织工程骨再生领域中，有着广泛的应用潜能。本实验室系统比较了从BMP2到BMP15的多种BMP家族成员，证明BMP9是体内外诱导MSCs成骨分化最强的成员之一。明确其它生长因子能否协同和促进BMP9介导的成骨分化能力及其机制研究，将为构建高效成骨植骨材料寻找新的方向。
实验方法:在本文中，作者针对缺氧诱导因子1a(Hypoxia-inducible factor1a，HIF1a)在BMP9介导的成骨过程中的作用进行了研究。首先，通过AdEasy重组腺病毒系统构建并鉴定HIF1a表达腺病毒的构建及鉴定。研究HIF1a增强BMP9介导的间充质干细胞分化成骨作用的体内、外实验研究;并初步研究BMP9和HIF1a之间的交叉调控机制。
结果:MSCs的HIF1a内源性表达极低。用AdEasy重组腺病毒技术构建Ad-HIF1α，常氧下转染MSCs;MSCs可高水平并持续表达HIF1α。外源性高表达HIF1a可明显提高由BMP9介导的C3H10T1/2、iMEFs等间充质干细胞的早期成骨标志物碱性磷酸酶(ALP)和中晚期成骨标志物的表达。HIF1a沉默可抑制BMP9介导的MSCs早期成骨标志物碱性磷酸酶(ALP)表达活性和晚期成骨分化标志物矿化钙盐结节形成。HIF1a拮抗剂CAY10585抑制HIF1a的转录和翻译水平，起到拮抗HIF1a的作用。CAY10585可抑制BMP9的促进MSCs的ALP活性和钙盐结节形成。COCI2化学诱导模拟建立缺氧模型下，HIF1a沉默可抑制HIF1a蛋白生成。HIF1a沉默可抑制BMP9介导的MSCs的ALP活性和细胞晚期成骨分化和矿化作用。在干细胞移植实验中，HIF1a能增强BMP9介导的体内异位骨形成。ChIP技术证实BMP9刺激导致Smad1/5/8复合体招募结合到HIF1a启动子;提示BMP9调控的间充质干细胞成骨分化信号中，Smad1/5/8可配合HIF1a的转录。BMP9可促进MSCs内HIF1a的mRNA表达和蛋白生成。HIF1a可明显增强BMP9及其受体结合后介导的Smad1/5/8磷酸化激活过程。HIF1a与BMP9共同作用于间充质干细胞时，存在交叉调控(Cross-talk)机制，表现为BMP9激活并强化HIF1a的功能，而HIF1a也能明显增强Smad1/5/8磷酸化过程，从而促进BMPs-Smad经典通路信号活化和传导，并最终协同BMP9促进间充质干细胞的成骨诱导分化。
结论:综上所述，BMP9与HIF1a协同可促进间充质干细胞成骨诱导分化，用于治疗节段性骨缺损、骨折不愈合和骨质疏松性骨折等。
骨形态发生蛋白9;缺氧诱导因子-1a;间充质干细胞;成骨分化;骨再生机制
重庆医科大学
博士
骨外科
蒋电明;何通川
2012
中文
R687.3;R329.26
142
2013-12-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）