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Ⅰ型胶原在股骨头坏死塌陷过程中的变化及其调控机制研究

批准号81371985 学科分类骨、关节、软组织退行性病变 ( H0609 )
项目负责人柏传毅 负责人职称副教授 依托单位西安交通大学
资助金额70.00
万元
项目类别面上项目 研究期限2014 年 01 月 01 日 至
2017 年 12 月 31 日
中文主题词股骨头坏死;骨组织微结构;Ⅰ型胶原;甲基化;
英文主题词femoral head necrosis;bone microarchitecture;collagen type Ⅰ;methylation

摘要

中文摘要 股骨头坏死在我国的发病率高,致残率高,对全社会造成沉重的负担。然而,目前对股骨头坏死缺乏有效的治疗方式,原因在于对股骨头坏死塌陷发生的机制认识不清。本研究着眼于股骨头坏死塌陷发生的始动过程及其机制,以股骨头坏死过程中骨组织微结构的变化为切入点,通过研究股骨头骨组织中坏死毗邻区和正常骨组织区中的显微微结构、骨质代谢情况和Ⅰ型胶原胶原纤维的含量和排列结构的变化,以及血清中胶原相关代谢物的改变,探讨Ⅰ型胶原合成和代谢的变化与股骨头坏死过程中骨组织微结构的特征性改变的关系。进而通过研究DNA甲基化在股骨头坏死骨组织中成骨细胞和激素作用于体外的成骨细胞的变化,以及成骨细胞DNA甲基化对Ⅰ型胶原合成和代谢的影响,揭示股骨头坏死塌陷过程中Ⅰ型胶原在骨质微结构变化中的特征及其可能的调控机制,为股骨头坏死的修复提供理论基础,为股骨头坏死的塌陷重建寻求新的靶点和方法。
英文摘要 There is a high incidence of femoral head necrosis in our country and take an essential burden to society, however, we have little treatment for femoral head necrosis. Bcause it is unclear for pathogenesis of femoral head necrosis. Our study is to target the initial process of femoral head collapse and the related regulation mechanism. We was to investigate the changes of bone microarchitecture, bone metabolism and type Ⅰcollagen content and orientation in the collapse process of femoral head necrosis. And explore the relation between the changes of type Ⅰcollage and bone microarchitecture in the femoral head necrosis. And to investigate whether DNA methylation of osteoblast was involved in the changes of type Ⅰcollage and bone microarchitecture in the femoral head necrosis.To illuminate the changes of the type Ⅰcollage in the bone type Ⅰcollage and the related regulation mechanism in femoral head necrosis collapse. And present the theory basis to the new methods repairing the femoral head collapse.
结题摘要 股骨头坏死在我国发病率高,致残率高,对社会造成沉重的负担。目前对股骨头坏死缺乏有效的治疗方法,原因在于对股骨头坏死塌陷发生的机制认识不清。 我们首先收集激素性股骨头坏死病例行人工关节置换术后的股骨头标本20例,切开分成两部分,一部分对骨钙素和Ⅰ型胶原进行偏光显微镜观察。另一部分应用Western blot方法对Ⅰ型胶原及骨钙素进行检测。根据股骨头坏死的病理改变,在股骨头坏死的冠状面上可分为5层,分别是关节软骨、坏死的骨组织、肉芽组织、反应性新生骨及正常组织。根据病理分层进行空骨陷窝细胞计数,Ⅰ型胶原及骨钙素进行免疫组化及Western blot检测,观察分析坏死及毗邻区的改变。结果显示,Ⅰ型胶原和骨钙素含量在各组之间差异具有统计学意义(P<0.05)。我们发现,1)股骨头坏死塌陷的机制可能是坏死区Ⅰ型胶原及OC含量减少导致的骨修复能力不足,骨基质及钙盐沉积减少,缺乏足够的支撑,在应力作用下塌陷。2)股骨头坏死新骨形成区的出现可能是OC含量增加,引起骨小梁增粗增厚及钙盐沉积,形成X线中“硬化带”,导致阻碍新生血管的长入,使修复能力减弱。3)坏死区、新骨形成区及肉芽组织区中都可见III型胶原比例增加,提示在骨基质的修复中III型胶原起到重要作用。 另外,我们对实验组6名激素性股骨头坏死患者和对照组3名股骨颈骨折患者的骨髓组织进行基因芯片检测miRNAs的表达,确定两组之间的差异。从所筛选的miRNAs中,miR-4649-3p在表达谱和qRT-PCR验证两方面的变化最大。我们购买正常成人骨髓间充质干细胞,利用慢病毒包装miR-4649-3p对细胞进行转染,在细胞实验中,于第2、4、6、8天用MTT法检测骨髓间充质干细胞的增殖能力; qRT-PCR和western blot法检测BMP-2、ALP、Ⅰ型胶原、骨桥蛋白、骨钙素,并检测STIM1的表达。数据显示miR-4649-3p过表达,增加了骨髓间充质干细胞的细胞活性(P<0.05),与对照组相比,实验组ALP、BMP2-I、Ⅰ型胶原、骨桥蛋白、骨钙素及STIM1均升高(P<0.05)。因此,我们得出miR-4649-3p通过上调STIM1促进激素性股骨头坏死的修复,我们可以利用miRNAs开发一种新的生物标志物用以治疗激素性股骨头坏死。

成果

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