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Fetuin-A介导异位骨化及其相关骨质流失的机制研究

批准号:
82102573
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:
阚晨
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:
阚晨

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
异位骨化(HO)是指正常骨骼系统外的骨形成。然而,HO与骨结构功能障碍之间的联系尚不清楚。申请人近期研究表明损伤诱导的HO模型小鼠与HO病人皆出现骨流失。RNA-seq和免疫荧光染色结果提示胎球蛋白Fetuin-A (FetA) 在HO早期的巨噬细胞中富集,但在正常骨中表达显著减少,且与免疫抑制相关基因被同时富集。免疫检查点蛋白决定免疫抑制并调控破骨细胞增殖。因此提出假设FetA通过调控免疫检查点蛋白失衡,从而介导巨噬、破骨细胞功能异常,最终促进HO及其相关骨流失的形成。为了验证该假设,本课题将在HO小鼠模型、巨噬细胞和破骨细胞模型中,利用化学干预以及基因操纵技术来探究免疫检查点蛋白在巨噬细胞极化和破骨细胞活化中的作用及分子机制;研究FetA调控免疫检查点蛋白的机制;探究异常极化的巨噬细胞来源关键细胞因子促进HO的机制。该研究为HO形成中的骨免疫相互作用提供新的见解,为HO治疗提供新思路。
英文摘要
Heterotopic ossification (HO) is the abnormal formation of bone in extraskeletal sites. However, the mechanisms linking HO pathogenesis with bone structure dysfunction remain unclear. Our recent data have shown that mice harboring injury-induced HO exhibit bone loss similar to the presentation in HO patients. RNA-seq and immunofluorescence staining revealed Fetuin-A (FetA), as an inhibitor of calcification, was detected frequently in macrophages of HO lesion, but rarely in HO-adjacent normal bone. RNA-seq analysis reveals that FetA and immunosuppressive genes are simultaneously enriched in the early stage of HO. Inhibitory immune checkpoint proteins (ICP) determine immunosuppression and promote HO formation. Co-stimulatory ICP promotes osteoclast activation. Therefore, we speculate that FetA promotes HO and associated bone loss by dysregulating ICP in immune cells. To test this hypothesis, we will first identify the role and molecular mechanism of ICP driving abnormal function of macrophages and osteoclasts using chemical intervention and gene manipulation techniques in HO mouse model and primary macrophages and osteoclasts. Next, we will investigate the detailed molecular mechanism of FetA in ICP regulation and test the potential of identified targets in HO treatment. Finally, we will explore the mechanism that altered macrophages polarization promotes osteogenic differentiation of MSCs. Collectively, our findings provide new insights into the osteoimmunological interactions during HO formation and suggest FetA as a potential therapeutic target for the treatment of HO.
异位骨化是指在软组织内形成新骨,其会导致关节功能受限、疼痛、神经血管损伤、康复困难与功能恢复延迟。炎症在异位骨化过程中扮演关键角色,炎症细胞与促炎因子可诱导细胞分化、促进骨基质沉积及血管生成,推动异位骨化进程。但是其机制不清。. 本课题发现,损伤诱导且 骨形态发生蛋白4高表达的异位骨化小鼠会出现骨量流失。此外,我们发现损伤部位在损伤后1天,由损伤诱导的过度炎症反应引发了异位骨化的起始,但并未导致骨量流失。相反,到损伤后7天,抑制性免疫反应促进了异位骨化的进展以及骨量流失。通过阻断PD1/PDL1纠正免疫失调,能显著减轻异位骨化进展和骨量流失。我们进一步证实,胎球蛋白-A(FetA)在异位骨化病灶中频繁检测到,但在异位骨化相邻的正常骨中很少见,它作为一种免疫调节剂,可促进PD1表达和M2巨噬细胞极化,进而导致免疫抑制。使用重组FetA进行干预可抑制过度炎症反应,并预防异位骨化及相关的骨量流失。. 另外,在此基金的资助下,我们通过单细胞RNA测序、空间转录组和谱系追踪分析发现,在肌肉或肌腱损伤后的炎症微环境中,静止的间充质干细胞会转变为增殖状态的间充质干细胞,随后分化为软骨形成和成骨谱系。此外,这些研究表明,中性粒细胞和自然杀伤细胞可促进静止的间充质干细胞转变为增殖状态的间充质干细胞,这一过程也受M1巨噬细胞调控。另外,M1巨噬细胞还能刺激增殖状态的间充质干细胞产生软骨形成间充质干细胞和骨形成间充质干细胞。研究还发现M2巨噬细胞、CD4+和CD8+ T淋巴细胞可促进软骨形成。进一步分析表明,免疫细胞分别在间充质干细胞增殖和骨软骨祖细胞生成过程中,促进信号转导及转录激活蛋白通路和磷酸肌醇 3 激酶/蛋白激酶B通路的激活。这些发现突出了炎症损伤部位中间充质干细胞命运的动态变化。. 总之,我们的研究结果为异位骨化形成过程中的骨免疫相互作用提供了新的见解,为治疗异位骨化提供潜在治疗选择。
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