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间充质干细胞(MSCs)作为一种多潜能干细胞,存在于多种组织中,它是成骨细胞和脂肪细胞的共同前体,在向成骨细胞和脂肪细胞分化的过程中存在着稳定的平衡关系。许多疾病的发生与MSCs分化平衡紊乱息息相关,比如肥胖,骨质疏松症和骨硬化病等等。然而,目前调控MSCs成骨和成脂分化的机制仍然不是十分清楚。 SHP1(Src Homology2 domain-containing phosphatase-1)是一种蛋白磷酸酶,是PTP(protein–tyrosine phosphatase)家族中的一员,一般认为SHP1参与调控细胞生长,增殖和分化等过程。最新研究表明,SHP1在胚胎干细胞和神经前体细胞分化调控中,发挥极其重要的作用。我们的最新研究发现,SHP1的表达量会伴随WT MSCs的成骨分化上调,而在成脂分化过程中则被下调。此外,我们还发现,SHP1磷酸酶活性显著减弱的viable motheaten(mev/mev)小鼠会自发形成骨质疏松症,在体外成脂成骨分化的实验中,mev/mev MSCs显示出更强的成脂分化能力,成骨分化能力显著减弱。使用shRNA敲低SHP1表达的MSC,体现较弱的成骨分化能力和更强的成脂分化潜能,过表达SHP1的MSCs则体现相反的分化潜能。我们将带有WT MSCs和mev/mev MSCs的HA/TCP植入裸鼠,发现 mev/mev MSCs成骨明显少于WT MSCs。这些发现提示了SHP1在骨代谢中发挥着不可忽视的重要作用。 为了阐明SHP1在MSCs分化中的调控机制,我们检测了一系列转录因子的表达。研究发现,在成骨分化过程中,mev/mev MSCs的Runt-related transcription factor2(Runx2),骨桥蛋白(osteopontin,OPN),骨钙蛋白(Osteocalcin,OCN)和胶原蛋白Iα(collagen1α,Col1α)的mRNA的转录水平显著下调;而在成脂分化过程中,mev/mev MSCs的CCAAT/enhancer-binding proteinsα(C/EBPα),脂肪酸结合蛋4(Fatty acid binding protein4,FABP4)和脂肪连接蛋白(Adiponectin) mRNA的转录水平显著上调。后续实验结果表明,在mev/mev MSCs中,Runx2,C/EBPα和PPARγ等的蛋白表达水平也出现相应的变化。 已有研究表明,Wnt/β-catenin和BMP信号调控这些转录因子的表达。我们的研究结果表明,SHP1能够增强Wnt/β-catenin信号,而对BMP信号几乎没有影响。免疫共沉淀实验结果证实,SHP1与GSK3β结合后,通过GSK3βpY216位点的去磷酸化作用,抑制了GSK3β的活性,β-catenin得到累积并入核,上调成骨分化相关转录因子的表达。反之,SHP1的缺失,则会增强GSK3β对β-catenin的磷酸化降解作用,降低MSCs成骨分化能力。 为了验证SHP1对于体内MSCs成骨成脂分化调控的重要作用,我们通过杂交SHP1fl/fl小鼠和Dermo1-cre小鼠,构建了SHP1fl/flDermo1-cre小鼠(Dermo-cre只在间充质细胞中表达)。我们发现,SHP1fl/flDermo1-cre小鼠的牙齿更短,股骨的骨小梁减少,体脂比增加,性腺脂肪增多,体现明显的骨骼发育障碍和相对过度的脂肪发育。 综上所述,我们的研究揭示了SHP1通过调控Wnt/β-catenin信号来维持MSCs的成骨成脂分化稳态,确保机体骨骼和脂肪组织的正常发育和功能的实现。