肿瘤、创伤、炎症、先天性畸形等疾病常导致不同程度的骨缺损,不仅影响患者的生理功能,还会影响患者的美观和心理健康,给家庭和社会造成沉重的经济负担。随着骨组织工程的发展,利用组织工程骨修复大面积骨缺损具有良好的应用前景。人脂肪干细胞（human adipose-derived stem cells,hASCs）具有多向分化潜能,且来源广泛,对机体创伤小。如何启动hASCs成骨向分化,抑制其成脂向分化,是将hASCs应用于骨组织工程技术的关键。醛酮还原酶家族1的C1亚型（aldo-keto reductase family 1 member C1,AKR1C1）是醛酮还原酶家族的成员之一,与肿瘤的发生、发展高度相关,可以广泛参与肿瘤细胞的增殖、迁移、侵袭,但是AKR1C1能否参与干细胞定向分化尚未有明确报道。此外,AKR1C1可以参与类固醇的代谢,通过将性激素催化为非活性代谢物,进而调控性激素受体的占有和反式激活,从而实现对性激素的受体前调节,但是AKR1C1能否直接调控性激素受体的表达也鲜见报道。研究目的:本研究旨在明确AKR1C1是否参与调控hASCs的成骨分化,以及探索AKR1C1调控hASCs成骨分化的潜在机制。材料与方法:1.通过qRT-PCR和Western blot检测AKR1C1在hASCs成骨及成脂分化过程中以及卵巢切除术后小鼠的BMMSCs中的表达量变化,初步预测AKR1C1是否可能与hASCs的成骨分化相关。2.体外实验:使用敲低AKR1C1的慢病毒转染第2代hASCs或使用过表达AKR1C1的野生型和突变型质粒转染稳定敲低AKR1C1的hASCs细胞系,通过qRT-PCR和Western blot检测转染效率。将细胞分为对照组和实验组（AKR1C1敲低组及过表达组）,不同组细胞经成骨诱导培养后进行碱性磷酸酶（alkalinephosphatase,ALP）染色及定量、茜素红（alizarinred S,ARS）染色及定量检测成骨效果;qRT-PCR检测成骨相关基因ALP、RUNX2、BGLAP的表达,Western blot检测成骨相关蛋白RUNX2的表达。成脂诱导培养后进行油红O染色检测成脂效果,qRT-PCR检测成脂相关基因PPARy、C/EBPα的表达,Western blot检测成脂相关蛋白PPARγ的表达。3.体内实验:将AKR1C1敲低组和过表达组及其对照组细胞附着于多孔磷酸三钙（β-tricalcium phosphate,β-TCP）上,进行裸鼠背部皮下植入,8周后取材,进行H&E染色、Masson染色。将AKR1C1敲低组和过表达组及其对照组细胞在成脂培养基中诱导7天后,将细胞与胶原蛋白膜支架材料混合,植入裸鼠背部皮下,6周后取材切片,进行H&E染色和油红O染色。4.机制研究:通过qRT-PCR和Western blot检测敲低或过表达AKR1C1后孕酮受体（progesterone receptor,PR）和雄激素受体（androgenreceptor,AR）的表达量变化。使用siRNA瞬时转染敲低PR,通过ALP染色和定量、ARS染色和定量、qRT-PCR和Western blot检测敲低PR对hASCs成骨分化的作用。使用过表达PR的质粒转染稳敲AKR1C1的hASCs细胞系,通过ALP染色和定量、ARS染色和定量、qRT-PCR和Western blot检测过表达PR对hASCs成骨分化的作用。结果:1.在hASCs成骨及成脂分化过程中,AKR1C1的表达水平先升高后下降;与假手术组相比,卵巢切除术后小鼠的BMMSCs中AKR1C1的蛋白表达量上升,提示AKR1C1与干细胞的谱系分化相关。2.敲低AKR1C1显著促进hASCs的体内外成骨向分化,并抑制其体内外成脂向分化;过表达野生型AKR1C1可以减弱敲低AKR1C1的促成骨作用,并促进成脂向分化,但过表达突变型AKR1C1对hASCs的成骨、成脂向分化能力无明显影响,说明AKR1C1对hASCs分化能力的调控依赖其酶活性。3.机制研究表明,AKR1C1对PR的调控依赖其酶活性;通过siRNA敲低PR可以影响hASCs的中晚期成骨;通过质粒过表达PR可以减弱敲低AKR1C1的促成骨作用。结论:本研究表明AKR1C1是hASCs成骨向分化的负向调控因素,也是成脂向分化的促进因素,且AKR1C1对hASCs成骨、成脂向分化的调控依赖其酶活性。机制研究表明,AKR1C1可以不依赖孕酮对PR进行正向调控,且PR介导AKR1C1对hASCs成骨分化的调控。本研究为骨组织工程中种子细胞的基因改性提供了新的潜在靶点。