内皮祖细胞源性外泌体促进MSCs修复骨缺损的研究及HMGB-1的作用机制

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    81802163
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    21.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    H0604.骨、关节、软组织损伤与修复
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

One of the reasons that limit the clinical application of MSC graft is insufficiency or deficiency of the vascular network. Based on the previous experimental results, EPCs in vitro contact culture with MSCs significantly increases MSC angiogenesis and osteogenesis, and EPCs exosomes and specific phenotypes were obtained, suggesting that EPC-derived exosomes should play a paracrine role through cytokine release. Further pre-experiment showed that HMGB-1 was expressed in both the cell body and the exosomes, and the migration and vasoactive activity of EPCs were enhanced after overexpression of HMGB-1 gene. Based on these results, we proposed the hypothesis that HMGB-1 may improve the biological activity of EPCs and MSCs through autocrine and paracrine by releasing exosomal cytokine release of EPCs, and promote angiogenesis and osteogenesis to facilitate bone defect repair. This project intends to observe the effect on cell migration, osteogenesis, vascular differentiation of EPCs and MSCs, that stimulated by EPC-derived exosomes. We further investigate the molecular mechanisms that EPC-derived exosomes may improve the potential biological activities of EPCs and MSCs and promote angiogenic and osteogenic effects, by releasing HMGB-1 to activate downstream signaling pathway. We also establish femoral bone defect model in rats, detect the angiogenesis and osteogenesis in vivo of combined application of MSCs and EPCs modified with overexpression of gene HMGB-1 in vivo repair test, to validate that HMGB-1 as a biological active factor may promote the repair of bone defect repair. Finally, we hope to provide the experimental basis for the clinical application that EPCs combined with MSCs are used as a new therapeutic strategy for the treatment of large segmental bone defect.
限制MSCs骨科临床应用的原因之一是移植物内血管网生成的不足或缺乏。前期工作发现内皮祖细胞(EPCs)体外共培养显著提高MSCs血管生成和成骨效应,并获得EPCs外泌体及鉴定表型,提示其可能通过外泌体发挥旁分泌作用;进一步预实验表明HMGB-1因子在胞体及外泌体均有明显表达,而且过表达HMGB-1后EPCs迁移、成血管活性增强。由此,我们提出HMGB-1可能是通过EPCs外泌体的释放,以自分泌、旁分泌的方式改善EPCs和MSCs的生物学活性,促进成血管、成骨效应以利于骨缺损修复的科学假设。本项目拟将HMGB-1过表达EPCs,观察其源性外泌体对EPCs和MSCs细胞迁移、成骨、成血管等活性的影响,探讨其可能通过释放HMGB-1启动信号通路产生生物效应的分子机制;并建立大鼠股骨缺损模型进行体内验证,为基因修饰的EPCs联合MSCs应用于骨缺损的修复作为一种新的治疗策略应用于临床提供实验依据。

结项摘要

严重牙周炎骨吸收、颌骨创伤、骨感染、颌骨肿瘤切除等原因所致的颌骨缺损十分常见,目前仍然是口腔临床所面临的一个难题。组织工程移植体修复骨缺损过程中,血管生成是最重要的步骤。最近研究表明高迁移率族蛋白1(HMGB-1)在调节ECs和MSCs 细胞生物学功能方面起重要作用。HMGB-1既能够增强ECs的归巢迁移、成血管的功能,又可以促进MSCs归巢迁移和成骨分化,而这些生物学行为都是干细胞修复骨缺损所必需的,也为ECs 和MSCs 的联合应用提供了有用的活性因子。为此,我们将MSCs过表达HMGB-1,观察HMGB-1-MSCs源性外泌体对MSCs成骨分化的影响以及对HUVECs迁移和成血管的影响;同时比较了MSCs在3D培养(3D-exos)和常规2D培养(2D-exos)下、缺氧和常氧状态下产生的外泌体,在HUVECs血管生成中的生物活性的影响以及HMGB-1在其中的潜在机制。我们研究结果发现:过表达HMGB-1的MSCs成骨能力增强,其过表达HMGB-1的MSCs源性外泌体的与ECs共培养时可以增加ECs的迁移和成血管能力;一系列的体外和体内实验表明,与2D-exos相比,3D-exos对HUVEC细胞增殖、迁移、管腔形成和体内血管生成具有更强的影响。此外,3D-exos的优势可能归因于HMGB-1/AKT信号的激活。同时,缺氧条件下培养的MSCs释放的外泌体促进HUVEC的细胞增殖、迁移和血管生成。缺氧诱导MSCs外泌体中高迁移率族蛋白B1(HMGB-1)的表达增加,沉默HMGB-1则消除了其对HUVEC的血管生成作用。此外,外泌体HMGB-1激活JNK信号通路并诱导缺氧诱导因子-1α(HIF-1α)/血管内皮生长因子(VEGF)表达,从而增强HUVEC中的血管生成。我们的数据显示,外泌体HMGB-1通过JNK/ HIF-1α信号传导促进血管生成。这些结果表明,模拟移植体内血管生成的微环境,三维培养方式、缺氧环境所营造的不同微环境的改变可以促进MSCs源性外泌体产生促血管因子,促HUVEC的血管生成,而且HMGB-1在其中起重要的促进作用。可见,三维培养、缺氧条件下MSCs源性外泌体,联合活性因子HMGB-1具有开发血管生成相关疾病新治疗策略的潜力。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Exosomes from 3D culture of marrow stem cells enhances endothelial cell proliferation, migration, and angiogenesis via activation of the HMGB1/AKT pathway
来自骨髓干细胞 3D 培养物的外泌体通过激活 HMGB1/AKT 通路增强内皮细胞增殖、迁移和血管生成
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Stem Cell Res
  • 影响因子:
    1.2
  • 作者:
    Wenling Gao;Tangzhao Liang;Ronghan He;Jianhua Ren;Hui Yao;Kun Wang;Lei Zhu;Yue Xu
  • 通讯作者:
    Yue Xu
Exosomal HMGB1 derived from hypoxia-conditioned bone marrow mesenchymal stem cells increases angiogenesis via the JNK/HIF-1α pathway
源自缺氧条件的骨髓间充质干细胞的外泌体 HMGB1 通过 JNK/HIF-1α 途径增加血管生成
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    FEBS Open Bio
  • 影响因子:
    2.6
  • 作者:
    Wenling Gao;Ronghan He;Jianhua Ren;Wenhui Zhang;Kun Wang;Lei Zhu;Tangzhao Liang
  • 通讯作者:
    Tangzhao Liang

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其他文献

体外长期培养的猪BMSCs发生转化过程中基因表达谱和DNA甲基化谱关联分析
  • DOI:
    10.7507/1002-1892.201801037
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    中国修复重建外科杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    何颖;邹立津;高蔓蔓;梁堂钊;邹学农
  • 通讯作者:
    邹学农
体外长期培养的猪BMSCs发生转化过程中基因表达谱和DNA甲基化谱关联分析
  • DOI:
    10.7507/1002-1892.201801037
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    中国修复重建外科杂志
  • 影响因子:
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  • 作者:
    何颖;邹立津;高蔓蔓;梁堂钊;邹学农
  • 通讯作者:
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负载IL-1β预处理MSCs源性外泌体的仿生支架介导CSNK2B/AMPK通路调控内皮细胞内质网稳态修复骨缺损的研究
  • 批准号:
    82372402
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    49 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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