椎间盘退变及纤维化中基质金属蛋白酶12的作用研究

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基本信息

  • 批准号:
    81702191
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    H0608.骨、关节、软组织退行性病变
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Intervertebral disc (IVD) degeneration is a major cause of low back pain and disability, for which the etiology is not yet clear. Our recent data revealed that fibrosis had a major role in IVD degeneration. Matrix metalloproteinase 12 (MMP12) is a pro-inflammatory and pro-fibrotic factor, as well as a transcription factor. MMP12 could induce the migration of myofibroblasts and macrophages to the injured site. In other diseases, MMP12 depletion retards fibrosis, and has been reported to affect the expression of other fibrosis related MMPs, including MMP2 and MMP3, which are known to be upregulated during IVD degeneration..In a pilot study, we demonstrated that MMP12 was the most significantly upregulated gene in human IVD degeneration among other conventional degeneration indicators. Consistently, we found an increase in the number of cells positive for MMP12 expression in rat and human IVDs during degeneration. These MMP12(+) cells co-expressed α-smooth muscle actin (a-SMA) and fibroblast specific protein 1 (FSP1), which are known to also be expressed by myofibroblasts. More importantly, we found that implantation of mesenchymal stem cells (MSC) could alleviate disc degeneration in part via down-regulating MMP12 expression in degenerated NP cells..We hypothesize that MMP12 has an as yet unidentified impact on disc cell homeostasis through promoting inflammatory signaling and interaction with other MMPs, which results in IVD degeneration and fibrosis. In this proposal, we aim to fully investigate the role of MMP12 in IVD homeostasis. This will be achieved by three objectives: 1) To establish the association of MMP12 positivity with the degree of IVD fibrosis; 2) To elicidate the contribution of MMP12 to disc homeostasis through MMP12 depletion in vitro and in vivo; 3) To investigate the signaling events induced by MMP12 injection..This study will generate novel insights on how MMP12 is involved in the pathogenesis of IVD degeneration. Scientifically, revealing the role of MMP12 in IVD degeneration will help us to unravel the biological events that occur during IVD degeneration and to understand the pathogenesis of IVD degeneration. Clinically, the insights may facilitate future drug development that would benefit millions of patients suffering from low back pain.
椎间盘退变与腰痛有关。我们前期研究发现,椎间盘退变伴随纤维化改变。基质金属蛋白酶12(MMP12)是一个前纤维化因子与转录因子,诱导巨噬细胞和肌成纤维细胞的迁移。在其他系统中,MMP12敲除能减缓纤维化,并影响其他纤维化MMP的表达。我们对椎间盘退变候选基因的筛查表明,退变IVD中MMP12为最显著上调基因,并且MMP12与肌成纤维细胞标记蛋白存在共表达。注射间充质干细胞能降低纤维化并下调MMP12,提示MMP12与椎间盘纤维化存在重要联系。我们推测MMP12可能通过吸引巨噬细胞和促进炎症级联反应导致椎间盘纤维化。本研究将通过:1)确认MMP12与纤维化程度的联系及其细胞来源; 2)MMP12体内外敲除实验; 3)MMP12信号传递研究,来验证MMP12对椎间盘稳态的影响。这是首次关于MMP12与椎间盘退变的系统研究,为退变揭示新信号机制,鉴定新关键致病分子,为阻断退变寻求新手段。

结项摘要

椎间盘退变与腰痛有关。我们前期研究发现,椎间盘退变伴随纤维化改变。基质金属蛋白酶12(MMP12)是一个前纤维化因子与转录因子,诱导巨噬细胞和肌成纤维细胞的迁移。在其他系统中,MMP12敲除能减缓纤维化,并影响其他纤维化MMP的表达。我们对椎间盘退变候选基因的筛查表明,退变IVD中MMP12为最显著上调基因。我们推测MMP12与椎间盘纤维化存在重要联系,MMP12可能通过促进炎症级联反应导致椎间盘纤维化。我们首先使用TGF-beta1进行了髓核细胞的纤维化造模,发现TGF-beta1能刺激髓核细胞表达肌成纤维细胞的表型标记物。然后通过siRNA敲除技术对髓核细胞的MMP12进行基因沉默,发现了MMP12沉默会阻断TGF-beta1的诱导纤维化作用,减少了TGF-beta1诱导导致的髓核细胞的肌成纤维细胞标志物表达。我们进一步进行了MMP12缺陷小鼠的椎间盘诱导退变实验,并与野生型小鼠进行对比,发现在MMP12缺失的情况下,经纤维化穿刺导致的椎间盘纤维化程度明显降低。同时,通过免疫蛋白印迹技术,确认了TGF-β1/Smad轴参与髓核细胞向肌成纤维细胞的转化。另外,我们还发现退变椎间盘中a-SMA表达也发生了升高;分析了炎症因子在疼痛性椎间盘退变进程中的重要作用与相关涉及的信号通路,提出了目前有实验和临床证据支持的有潜力的椎间盘修复候选分子;综合分析了椎间盘内源性祖细胞的分布、性质和特性,以及其受椎间盘退变/衰老与微环境的影响;并汇总了骨代谢疾病中自噬/线粒体自噬的作用。总的来说,本项目支持的研究为椎间盘退变揭示了新信号机制,鉴定新关键致病分子,将有助于为阻断退变寻求新手段。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Painful intervertebral disc degeneration and inflammation: from laboratory evidence to clinical interventions.
痛苦的椎间盘退变和炎症:从实验室证据到临床干预
  • DOI:
    10.1038/s41413-020-00125-x
  • 发表时间:
    2021-01-29
  • 期刊:
    Bone research
  • 影响因子:
    12.7
  • 作者:
    Lyu FJ;Cui H;Pan H;Mc Cheung K;Cao X;Iatridis JC;Zheng Z
  • 通讯作者:
    Zheng Z
Narrative review of the choices of stem cell sources and hydrogels for cartilage tissue engineering.
软骨组织工程干细胞来源和水凝胶选择的叙述回顾
  • DOI:
    10.21037/atm-20-2342
  • 发表时间:
    2020-12
  • 期刊:
    Annals of translational medicine
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Deng Z;Jin J;Wang S;Qi F;Chen X;Liu C;Li Y;Ma Y;Lyu F;Zheng Q
  • 通讯作者:
    Zheng Q
ENDOGENOUS PROGENITOR-LIKE CELLS IN INTERVERTEBRAL DISCS
椎间盘中的内源性祖细胞样细胞
  • DOI:
    10.1016/j.joca.2019.02.503
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Osteoarthritis and Cartilage
  • 影响因子:
    7
  • 作者:
    Lyu F. -J.;Cheung K.;Zheng Z.;Wang H.;Sakai D.;Leung V.
  • 通讯作者:
    Leung V.
THE ASSOCIATION OF alpha SMOOTH MUSCLE ACTIN WITH INTERVERTEBRAL DISC DEGENERATION
α平滑肌肌动蛋白与椎间盘退变的关系
  • DOI:
    10.1016/j.joca.2019.02.500
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Osteoarthritis and Cartilage
  • 影响因子:
    7
  • 作者:
    Lyu Feng-Juan;Zheng Minghao;Zheng Qiujian
  • 通讯作者:
    Zheng Qiujian
IVD progenitor cells: a new horizon for understanding disc homeostasis and repair
IVD 祖细胞:了解椎间盘稳态和修复的新视野
  • DOI:
    10.1038/s41584-018-0154-x
  • 发表时间:
    2019-02-01
  • 期刊:
    NATURE REVIEWS RHEUMATOLOGY
  • 影响因子:
    33.7
  • 作者:
    Lyu, Feng-Juan;Cheung, Kenneth M.;Leung, Victor Y.
  • 通讯作者:
    Leung, Victor Y.

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其他文献

单轴、双轴循环拉力对小鼠肌腱源性干细胞肌腱样分化的影响
  • DOI:
    10.3760/cma.j.cn101202-20200312-00076
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    中华解剖与临床杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    祁方杰;邓展涛;吕凤娟;马元琛;郑秋坚
  • 通讯作者:
    郑秋坚

其他文献

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吕凤娟的其他基金

PDGFRA+椎间盘祖细胞谱系示踪研究椎间盘纤维化的细胞来源与病理机制
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    52 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

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          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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