Indian Hedgehog 在腰椎软骨终板退变和异常钙化中的作用机制和靶向治疗的研究

In the past decade, the number of low back pain outpatients does not decrease, because the mechanism of LBP is still unclear and there is no reliable way to cure the disease. Research shows that lumbar intervertebral disc degeneration is the most common reason for low back pain, whereas the degeneration and abnormal calcification of lumbar cartilaginous endplates (CEP) play a critical role in intervertebral disc degeneration and low back pain. Previously, our studies found that there was a significant increase of Indian Hedgehog (Ihh) mRNA in human degenerative CEP chondrocytes. Furthermore, Ihh could promote the degradation of the CEP extracellular matrix in vitro and the progression of CEP degeneration could be inhibited by blocking the Ihh signaling pathway. Studies by other groups demonstrate that activation of Ihh signaling pathway can promote tissue calcification in vivo. As far as we know, we are the first group focusing eyes on the effect of Ihh on the CEP. Base on these findings, we propose to investigate the role of Ihh in CEP degeneration and abnormal calcification by using the aggrecan specific Ihh conditional knockout mice, as well as lipid nano-particle (LNP) RNAi technology to interfere Ihh expression in the rats CEP chonchocytes. Our study may probably provide a theoretical foundation for targeted biological therapy for the treatment of lumbar CEP disease.

在过去十几年里，因下腰痛而就诊的病人数量并未下降，下腰痛仍无可靠的治疗措施，其中腰椎间盘退变是下腰痛发生的最主要原因。腰椎软骨终板（CEP）退变和异常钙化在椎间盘退变和下腰痛中扮演了关键角色，但其机理仍旧不明。我们前期研究发现Indian Hedgehog（Ihh）在退变CEP中的表达增高，升高的Ihh可以促进CEP基质的降解，而在体外研究发现阻断Ihh信号通路能够抑制人CEP的降解。其他研究小组运用基因敲除小鼠证实激活Ihh信号通路能够促进钙化。目前，国内外其他实验室尚无关于Ihh在CEP中作用和机制的报道。为了进一步深入研究Ihh在腰椎CEP退变和异常钙化中的作用和机制，本课题组拟在加强体外研究的基础上，结合Ihh条件性基因敲除小鼠和LNP-RNAi基因敲除技术，运用活体荧光分子断层扫描及其他常规手段，探求Ihh在CEP病变中的作用和可能机制，为未来Ihh的靶向治疗提供可行方案。

根据美国的流行病学调查显示，因腰痛就诊的病人数占据了全部门诊量的20%，腰痛占据了劳动力丧失中职业损伤的 25%。腰椎间盘在腰痛的发病中占据了首要地位。腰椎间盘退变是腰痛发生的最主要也是最重要的原因，干扰软骨终板椎间盘的营养供给途径将会对椎间盘的营养供给产生严重影响，导致椎间盘的退变。而软骨终板功能紊乱在椎间盘的退变中扮演了关键角色。我们收集有腰痛病史并且MRI显示发生Modic I型和II型改变的病人软骨终板标本，无腰痛病史MRI无退变征象的骨折病人软骨终板作为对照。发现印度刺猬蛋白（Ihh）在退变的腰椎软骨终板中表达增高，同时MMP-13和Type X Collagen表达也增高。体外研究证实Ihh能够促进软骨终板退变，阻断Ihh信号通路，软骨终板的分解代谢降低。此外，我们研发了脂质体纳米微粒（LNP）递送系统，它能够有效将siRNA递送进入软骨细胞中，并使其发挥作用，我们已经将LNP申请并得到了国家发明专利，此递送系统与传统转染试剂相比，不仅可以进行体外细胞转染，还可以进行组织转染，并且转染效率显著高于传统转染试剂，体外细胞培养转染率接近于100%。为了观察软骨细胞来源的Ihh对成骨的影响，我们制备了小鼠腓骨骨折模型，通过基因或药物途径阻断Ihh信号通路发现对小鼠腓骨骨折愈合没有影响。这个发现提示在小鼠腓骨骨折模型中，敲除的Ihh不影响骨折愈合。目前，本项目已发表期刊论文5篇，会议论文5篇，参编学术专著2部，国家发明专利1项；获得山西省科技进步奖三等奖1次，山西省高等学校科技进步奖一等奖1次；培养博士研究生2名，硕士研究生1名；参与举办国家级学术会议2次；参与美国骨科研究学会年会3次，其中大会发言2次。.

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