Sfrp4蛋白通过调控Wnt/Notch信号轴促进Ctsk+骨外膜干细胞骨修复的机制研究
批准号:
82072408
项目类别:
面上项目
资助金额:
55.0 万元
负责人:
尚希福
依托单位:
学科分类:
骨、关节、软组织损伤与修复
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
尚希福
中文摘要
骨组织工程技术是大段骨缺损修复的有效方法,探寻具有高效成骨性能的种子细胞成为提高其疗效的重要研究方向。组织蛋白酶K阳性骨外膜干细胞(Ctsk+ PSCs)是新近被发现存在于骨外膜的一群干细胞,增值、分化迅速。我们的预实验结果提示Ctsk+ PSCs骨修复能力强,有望作为种子细胞应用于骨修复,且分泌型卷曲蛋白4(Sfrp4)与其成骨分化密切相关。通过构建转基因鼠、测序及细胞实验,我们发现Wnt及Notch通路参与了Sfrp4蛋白调控Ctsk+ PSCs成骨分化的过程,且二者之间可能具有上下游作用关系。据此我们提出假说:Sfrp4蛋白通过介导Wnt/Notch信号轴的交互作用,上调了Ctsk+ PSCs的成骨分化能力,最终促进骨缺损修复。本研究拟在分子、细胞、动物整体水平阐明Sfrp4调控Ctsk+ PSCs促进骨缺损修复的作用及其分子机制。项目的成功实施将为骨缺损修复提供崭新的思路。
英文摘要
Bone tissue engineering technology is an effective method for repairing critical-sized bone defects, and seeking out a kind of high osteogenic potential seed cells is an important task for enhancing the bone regenerative effect. Ctsk+ periosteal stem cells are identified recently as distinct stem cell populations existing in the periosteum. Because of the strong proliferation ability and bone formation capacity, Ctsk+ periosteal stem cells are considered as promising seed cells for bone regeneration tissue engineering. Our preliminary data indicated that Ctsk+ periosteal stem cells had a strong bone regenerative effect. Meanwhile, Secreted frizzled-related protein 4 (Sfrp4) played a central role in the regulation of Ctsk+ periosteal stem cells. We constructed transgenic mice, did RNA sequence and a set of cell experiments. The result suggested that Wnt and Notch signaling pathway were both involved in Sfrp4’s regulation of Ctsk+ periosteal stem cells. And it was possible that there was a up-downstream relationship between these two signaling pathways. Hence we hypothesized that Sfrp4 could enhance the bone regenerative effect of Ctsk+ periosteal stem cells via Wnt/Notch cascade. Our project aims to explore the role of Sfrp4 in Ctsk+ periosteal stem cells during bone defects regeneration. And the successful implementation of this project will produce new breakthroughs in bone regeneration.
研究背景:目前已被用于骨组织工程的种子细胞种类繁多,但在干细胞分化功能调节、干性维持和组织获取等方面仍有待探索。Ctsk+骨外膜干细胞是一群骨外膜上的干细胞,开展Ctsk+骨外膜干细胞调控干预大面积骨缺损修复的课题研究具有较高的创新性。..研究内容:本研究探索了Ctsk+骨外膜干细胞作为种子细胞应用于骨组织工程的效果,并揭示了Sfrp4在调控Ctsk+骨外膜干细胞成骨分化过程中的核心作用。本项目将Ctsk+骨外膜干细胞作为种子细胞应用于骨缺损修复,并深入探讨了Sfrp4蛋白调控Ctsk+骨外膜干细胞骨缺损修复能力的机制。..重要结果、关键数据及其科学意义:.(1)Sfrp4 基因敲除小鼠的骨外膜厚度明显降低: WT 小鼠骨外膜厚度明显高于Sfrp -/-小鼠骨外膜。(2)Sfrp4 影响 Ctsk+骨外膜干细胞的亚群分布:Sfrp4 基因敲除的小鼠 Ctsk+骨外膜干细胞较野生型亚群分布中 PSC 亚群明显减少,而 PP2 亚群明显增多。(3)Sfrp4 增强 Ctsk+骨外膜干细胞成骨分化:Sfrp4敲除小鼠的 Ctsk+骨外膜干细胞集落形成能力相较WT小鼠均减弱, Sfrp4 基因敲除小鼠的 Ctsk+骨外膜干细胞成骨分化能力明显减弱且相关基因的表达降低。提示Sfrp4 可以促进Ctsk+骨外膜干细胞的成骨分化。(4))Sfrp4 基因敲除引起 Ctsk+骨外膜干细胞中 Ror2/Jnk 非经典 Wnt 信号通路及 Notch 信号通路的激活:Sfrp4基因敲除引起非经典 Wnt 通路及 Notch 通路表达上调,而经典 Wnt 通路及成骨分化相关基因呈现下调趋势。提示 Sfrp4 蛋白的缺失引起了 Ror2/Jnk非经典 Wnt 信号通路及 Notch 信号通路的激活以及β-catenin 经典 Wnt 通路的抑制。(5)Sfrp4 通过抑制 Ror2/Jnk 非经典 Wnt 信号通路及 Notch 信号通路促进 Ctsk+骨外膜干细胞成骨分化:Sfrp4 基因敲除引起了 Ctsk+骨外膜干细胞非经典 Wnt 通路及 Notch 通路的激活以及经典 Wnt 通路的抑制。通路抑制剂则可逆转这一结果。(6)Sfrp4 蛋白增强 Ctsk+骨外膜干细胞的骨缺损修复能力:Sfrp4 蛋白干预后小鼠颅骨缺损修复加快。
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