miR-23a\b-3p通过Grem1调控TGF-β/smad信号通路介导骨关节炎中软骨细胞代谢的研究

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背景和目的:骨关节炎(Osteoarthritis,OA)是全世界最常见最多发的骨关节系统疾病,其发病率一般随着人群年龄增长而增高,其最主要的病理在于诸多因素引起的关节软骨退化损伤、关节边缘和软骨下骨反应性增生硬化,且软骨受损后本身再修复能力不足,几乎无法实现自我修复,因此导致大量晚期OA患者关节功能受损,不得不接受关节置换手术,给个人和社会都带来了沉重的负担。新兴证据表明,小分子核糖核酸(MicroRNA,miRNA)及其靶基因可能潜在地保护关节软骨并预防OA发生。本研究旨在探究miR-23a\b-3p是通过Grem1调控TGF-β/smad信号通路在小鼠骨关节炎中软骨细胞的代谢。方法:通过对GEO数据库中骨关节炎的芯片数据GSE53857进行差异分析,筛选出差异表达的基因。收集85例OA患者以及60例健康人的软骨组织;qRT-PCR实验检测上述145例临床患者膝关节软骨组织中Grem1的表达情况。通过将小鼠切除右膝内侧半月板手术构建OA小鼠模型,采用番红O染色法鉴定小鼠软骨的破坏程度。Tunel检测OA小鼠模型中膝关节软骨的凋亡情况。分离小鼠膝关节软骨细胞后采用甲苯胺蓝染色法对软骨细胞进行鉴定。使用慢病毒构建各组miR-23a-3p模拟物、miR-23b-3p模拟物、miR-23a-3p抑制剂、miR-23b-3p抑制剂及其对照物处理这些动物,以确定miR-23a/b-3p对退行性关节病的影响。ELISA测定各模型小鼠血液及各组细胞培养上清液中各炎症因子的表达情况。用RT-qPCR和Western blot检测Grem1、miR-23a/b-3p及其下游介质的表达。采用生物信息工具预测调控Grem1的miRNA,采用双荧光素酶报告基因验证miRNA与Grem1的关系,同时通过相关性分析验证miRNA与Grem1的关系。采用Western blot实验验证各组小鼠中TGF-β、smad、collagenⅡ、GAG及MMP-13蛋白的表达情况,同时采用流式细胞术、组织TUNEL染色验以及番红O染色鉴定各组细胞及软骨组织中凋亡及软骨的破坏程度。结果:根据微阵列数据分析,Grem1是退行性关节病的一个下调基因。同时临床样本关节炎组中Grem1也显著低表达,构建小鼠关节炎模型后,可知模型组小鼠软骨组织损坏程度较高,且模型小鼠组织及临床关节炎组织中各炎症因子表达较高显著增高,且细胞凋亡也增高。miR-23a\b-3p与Grem1存在结合位点,靶向调控其表达,且通过相关性分析发现miR-23a\b-3p与Grem1的表达存在负相关关系。使用慢病毒构建各组细胞,抑制miR-23a/b-3p或过表达Grem1,可激活TGF-β/Smad信号通路,减轻退行性关节病的体内外进展。此外,沉默Grem1可以消除miR-23a/b-3p抑制剂在退行性关节病中的作用,证实Grem1能介导TGF-β/smad信号通路的表达,从而调控骨关节炎及细胞代谢。结论:小鼠关节炎中miR-23a\b-3p高表达,Grem1低表达,miR-23a\b-3p靶向抑制Grem1的表达,Grem1表达下降抑制TGF-β/smad信号通路,促进骨关节炎从而调控软骨细胞代谢。
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