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凋亡软骨细胞通过MSR1调控巨噬细胞脂肪酸氧化促进骨折愈合的分子机制研究

批准号:
82102570
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
赵书杰
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:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
赵书杰

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
骨折不愈合一直是威胁人类健康的主要公共医疗问题,研究普遍认为:软骨内成骨是骨折如期愈合的关键。然而,在该过程中,凋亡软骨细胞对巨噬细胞的功能调节及机制尚不清楚。申请人前期通过非靶向代谢组学发现凋亡软骨细胞可释放大量的长链脂肪酸。组织学及功能学实验进一步表明:巨噬细胞的MSR1对于骨折愈合至关重要,分布于软骨内成骨的移形区巨噬细胞,可通过MSR1摄取、利用游离长链脂肪酸,通过上调脂肪酸氧化,发挥促软骨内成骨的作用。本研究拟在前期基础上,进一步明确:1)经凋亡软骨细胞上清刺激后,巨噬细胞的MSR1上调脂肪酸氧化的具体分子机制;2)利用MSR1基因敲除小鼠结合骨髓移植等实验,探讨靶向巨噬细胞的MSR1及其调控的关键分子促进骨愈合的效果,为临床治疗骨折不愈合或延期愈合提供全新的策略及有效的靶点。
英文摘要
Fracture nonunion has always been a major public medical problem threatening human health. It is known that endochondral ossification is the key path of fracture healing. However, the regulatory role and mechanism of apoptotic chondrocytes on macrophages are not well defined. Previously, through untargeted metabolomics, we found apoptotic chondrocytes can release large amounts of long chain fatty acids. Histological and functional results showed that macrophage MSR1 is essential for fracture healing. They are distributed in chondro-osseous transition zone and could promote endochondral osteogenesis via facilitating fatty acid oxidation (FAO). Based on previous results, we aim to: 1) elucidate the molecular mechanism by which macrophage MSR1 regulates FAO; 2) verify the effect of macrophage MSR1 and its regulated molecules on fracture repair using MSR1 knockout mice and bone marrow transplantation experiment. Targeting MSR1 might, therefore, be a new therapeutic strategy for fracture repair.
尽管骨折的救治手段不断革新,但仍有约10% 的患者会发生骨折不愈合或延期愈合这一严重并发症。进一步阐明骨折愈合的分子调控机制将为临床治疗骨折不愈合或延期愈合供新的思路,对打破治疗瓶颈具有重大的科学意义。目前,越来越多的研究集中在巨噬细胞在骨折修复过程中的重要性。然而,关于巨噬细胞促进软骨内成骨的过程的细节在很大程度上是未知的。本项目资助并发现调亡软骨细胞正向调节巨噬细胞的骨诱导能力,并且确定巨噬细胞清除受体1(MSR1)代表了骨折治疗的有价值的靶点。申请人利用标准化的小鼠股骨骨折模型,发现游离脂肪酸(FAs)代谢过程在骨折后第14天的软骨内成骨期发生变化。体内实验表明,软骨内成骨后FAs代谢过程上调。从调亡软骨细胞释放的FAs诱导巨噬细胞中的脂质积累。体外研究进一步发现,FAs主要通过MSR1被巨噬细胞吸收。MSR1对FAs的摄取激活了过氧化物酶体增殖物激活受体α(PPARα),这进一步诱导了脂滴的形成和脂肪酸氧化(FAO)。此外,申请人还发现,上调的FAO随后激活了巨噬细胞中的呼吸链,以通过烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD⁺)的产生促进骨髓间充质干细胞(BMSCs)的成骨分化。机制上,由于NAD⁺水平升高,观察到乙酰化EZH2水平降低,甲基转移酶活性由去乙酰化酶Sirtuin1(SIRT1)的激活介导。NAD⁺/SIRT1/EZH2轴在暴露于ACs培养基(CM)后可有效增加巨噬细胞中骨形态生成蛋白7(BMP7)的表达,升高的FAO通过产生BMP7参与上调骨诱导作用。上述研究可为临床治疗骨折不愈合或延期愈合提供全新的策略及有效的靶点。
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