TGF-β1激活的Rock Ⅰ-βActin通路在发育不良髋关节软骨中的作用

发布时间：2020-01-31 20:10

【摘要】：[背景和目的]发育性髋关节发育不良(Developmental dysplasia and dislocation of hip, DDH),又称为先天性髋关节脱位,涵盖着广谱的婴幼儿的髋关节异常：如髋关节不成熟(hip immature)、髋臼发育不良伴有或不伴有股骨头脱位、半脱位以及不稳定性髋关节。Meta分析的结果表明,将近1/20的足月儿存在着某重程度的髋关节不稳定,小于6个月的婴儿中DDH的发病率为1.9%,其中需要治疗的病例为2—3‰。尽管部分DDH患儿在治疗后的发育过程中具有逐步自愈的趋势,但如果延误诊断和治疗时机,病情将逐渐加重,最终不可避免出现骨关节炎。近来一项对英国DDH成年女性长期随访调查显示,DDH的治疗和康复过程相当漫长,给这些患者带来了沉重的生理和心理负担,严重的影响了生活质量。大量的临床证据表明,DDH患儿越早的实现“头臼同心”,髋臼软骨的发育至正常的潜能越大,但这种髋臼软骨可重新塑形能力的机制尚未明确。本课题组长期从事DDH的临床及实验研究,前期的实验研究主要着重于对DDH远期并发症骨关节炎(Osteoarthritis,OA)的实验研究。结合儿童发育及DDH治疗和愈后的特点,从而意识到对发育早期DDH髋臼软骨细胞形态改变的机制研究,对于理解DDH的病理生理过程以及发病机制和治疗时机的把握至关重要。因此我们改良了经典的大鼠髋臼发育不良实验动物造模,时序性(1日—11日)的进行伸髋伸膝位固定大鼠双下肢,观察髋臼软骨发育不良软骨细胞形态及功能改变的演变过程,并逐步深入的揭示其中可能的分子机制。本课题旨在通过时序性观察新生大鼠伸髋伸膝体位所致的DDH动物模型髋臼形态及髋臼软骨细胞和细胞外基质的变化情况,检测与软骨发育不良细胞形态及功能相关的细胞内骨架蛋白及细胞因子的表达、分布及分泌情况,逐层深入的揭示髋臼发育不良的可能分子机制,为临床和基础研究提供一定的参考。[方法]伸髋伸膝位时序性制备大鼠DDH动物模型,观察大体及组织形态学变化,并利用RT-PCR方法检测软骨细胞去分化分子标记物的表达情况；分别利用免疫组化、免疫萤光、qRT-PCR、Western Blotting以及ELISA等实验方法检测维持细胞形态主要的结构,细胞骨架蛋白Actin,以及在细胞增殖、分化中发挥重要作用的细胞因子TGF-β1的表达、分泌及分布情况；进一步利用免疫萤光、Western Blotting等实验方法检测调控Actin分布的上游信号蛋白表达以及在体外正常髋臼软骨细胞体系中加入不同浓度的TGF-β1,探讨TGF-β1变化同Rock I-βActin信号通路之间的相互关系。[结果]在伸髋伸膝位固定双后肢的大鼠DDH模型中观察到,随着异常应力时间的延长髋臼上缘正常形态消失,肥厚上翘；软骨细胞及细胞外基质发生改变,表现为细胞排列紊乱、细胞形态由圆形转变为梭形、细胞基质中出现大量裂隙,髋臼出现发育不良的组织及细胞形态学改变。通过检测具有指示软骨细胞分化标记物integrina10β1和allβ1的表达情况,提示髋臼软骨的发育不良可能是由于软骨细胞向发育停滞的去分化方向转变造成的。进而探讨了在机械力作用下,维持细胞形态的主要结构,细胞骨架蛋白Actin以及在细胞增殖、分化中发挥重要作用的细胞因子TGF-β1的表达、分泌及分布情况。结果显示：异常应力下,细胞内骨架蛋白Actin在细胞内的分布,在髋臼软骨发育不良中发挥重要作用；同正常髋臼软骨细胞相比,发育不良软骨细胞内TGF-β1的表达和分泌均升高,提示TGF-β1表达分泌的上调可能也是导致软骨细胞发育不良的因素之一。进一步分子机制的研究结果显示：发育不良髋臼软骨细胞中调控Actin分布的上游信号通路蛋白RockI的表达增高；同时外源性的给予TGF-β1与软骨细胞培养可以激活的Rock I-βActin信号通路,提示TGF-β1激活的Rock I-βActin信号通路可能是髋臼软骨发育不良的机制之一。[结论]1.髋臼软骨随着异常应力时间的延长形态学改变越显著；2.异常应力下髋臼软骨形态学的改变提示软骨细胞出现去分化现象；3.维持细胞形态的骨架蛋白Actin和与软骨细胞去分化相关的细胞因子TGF-β1可能均在髋臼软骨发育不良中发挥作用；4. TGF-β1激活的Rock I-βActin信号通路可能是异常应力下髋臼软骨发育不良的机制之一。
【学位授予单位】：复旦大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：R726.8

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