circRNA調(diào)節(jié)間充質(zhì)干細(xì)胞的成骨分化

    脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞(Adipose-derived mesenchymal stem cells，ADSCs)是再生醫(yī)學(xué)修復(fù)骨缺損不愈合的有前景的候選細(xì)胞。但有限的成骨分化潛能極大地阻礙了ADSCs在骨修復(fù)中的臨床應(yīng)用。證據(jù)證明，環(huán)狀RNA(circRNA)參與決定干/祖細(xì)胞命運(yùn)。circRNA如何調(diào)節(jié)間充質(zhì)干細(xì)胞的？今日，這篇文章為大家揭曉謎底。

技術(shù)路線(xiàn):

結(jié)果:
1. ADSCs中circRNA-vgll3的特征
    BMP2誘導(dǎo)的ADSCs進(jìn)行RNA測(cè)序，鑒定出11個(gè)高表達(dá)、miRNA結(jié)合位點(diǎn)的外顯子環(huán)狀RNA。CircRNA-0879（CircRNA-vgll3）來(lái)源于vgll3基因的第三個(gè)外顯子，該外顯子曾被報(bào)道調(diào)控MSCs的成骨和成脂分化。引物擴(kuò)增、Sanger測(cè)序及核酸外切酶RNase R處理鑒定circRNA-vgll3具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)。在BMP2誘導(dǎo)的ADSC成骨分化過(guò)程中，circRNA-vgll3的表達(dá)水平逐漸上調(diào)，在骨組織的發(fā)育中也明顯上調(diào)。FISH實(shí)驗(yàn)證明，CircRNA-vgll3傾向于定位在細(xì)胞質(zhì)。綜上所述，circRNAvgll3是ADSCs中表達(dá)的一種穩(wěn)定豐富的circRNA，在ADSC成骨分化過(guò)程中內(nèi)源性表達(dá)水平逐漸上調(diào)。

2. CircRNA-vgll3正調(diào)控ADSC骨生成
    利用慢病毒Lenti-CircRNA-vgll3過(guò)表達(dá)細(xì)胞中的CircRNA-vgll3表達(dá)，shRNA抑制表達(dá)。過(guò)表達(dá)CircRNA-vgll3顯著增強(qiáng)ADSCs中成骨標(biāo)志基因的表達(dá)，包括Runt相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子2(Runx2)、osterix(OSX)、膠原蛋白1 a1(Col1a1)、骨橋蛋白(OPN)、骨鈣素(OCN)和骨唾液蛋白(BSP)，促進(jìn)ALP活性和鈣沉積。circRNA-vgll3抑制劑則相反。這些表明circRNAvgll3增強(qiáng)了ADSCs的成骨分化。

3. MiR-326-5p通過(guò)靶向Itga5調(diào)控ADSC骨生成
    鑒于circRNA-vgll3在細(xì)胞質(zhì)中大量存在，接下來(lái)研究circRNA-vgll3結(jié)合miRNA的能力。結(jié)合位點(diǎn)預(yù)測(cè)與qPCR發(fā)現(xiàn)miR-326-5p在BMP2誘導(dǎo)的ADSC成骨分化過(guò)程中呈逐漸下調(diào)的趨勢(shì)。過(guò)表達(dá)miR-326-5p后，在成骨第7天成骨基因明顯被抑制，提示miR-326-5p負(fù)調(diào)節(jié)ADSC成骨。靶基因預(yù)測(cè)與miR-326-5p結(jié)合的基因，發(fā)現(xiàn)與ADSC成骨有關(guān)的基因Itga5、CRY2和Mapk3，過(guò)表達(dá)/敲低miR-326-5p后Iga5的表達(dá)相反，表明Itga5可能是miR-326-5p的靶基因。成骨第7天Itga5 RNA水平無(wú)明顯變化，蛋白水平呈時(shí)間依賴(lài)性增加。素酶報(bào)告實(shí)驗(yàn)證實(shí)miR-326-5p可調(diào)控Itga5表達(dá)。抑制Itga5的表達(dá)后，成骨標(biāo)記被下調(diào)，成脂表達(dá)和軟骨生成標(biāo)記無(wú)明顯變化，表明Itga5驅(qū)動(dòng)成骨分化。這些數(shù)據(jù)顯示miR-326-5p通過(guò)靶向Itga5負(fù)調(diào)節(jié)ADSC成骨分化。

4. CircRNA-vgll3通過(guò)miR-326-5p上調(diào)Itga5表達(dá)
    熒光素酶實(shí)驗(yàn)、RNA下拉實(shí)驗(yàn)、RIP分析、FISH共定位證實(shí)在ADSC中circRNA-vgll3可綁定miR-326-5p?；貜?fù)實(shí)驗(yàn)顯示circRNA-vgll3抑制劑明顯抑制成骨基因，與miR-326-5p共轉(zhuǎn)染時(shí)挽救了成骨基因的低表達(dá)水平。以上結(jié)果表明circRNAvgll3通過(guò)miR-326-5p上調(diào)Itga5水平在ADSC成骨中發(fā)揮調(diào)節(jié)作用。

5. CircRNA-vgll3調(diào)節(jié)體內(nèi)骨形成
    探索circRNA-vgll3-的治療作用，建立大鼠骨顱骨臨界大小的缺損模型。將ADSCs接種于Lenti-circRNAvgll3、circRNA-vgll3抑制劑或Lenti-NC轉(zhuǎn)染的CPC支架上，轉(zhuǎn)染的ADSCs緊密粘附在CPCs的表面和孔上，有大量ECM纖維網(wǎng)絡(luò)。術(shù)后8周通過(guò)micro-CT重建了新骨，將Lenti-circRNA-vgll3轉(zhuǎn)染的ADSCs與CPCs組合植入，新骨形成增加。骨密度、骨體積/組織體積和骨小梁數(shù)量增加，表明，circRNA-vgll3在體內(nèi)正調(diào)控ADSCs的骨再生。
    過(guò)表達(dá)組骨面積升高，新骨體積增加，周?chē)墙M織中的Itga5、Runx2、OSX和OPN升高， 積分光密度升高。這些數(shù)據(jù)揭示了circRNA-vgll3修飾的ADSCs在體內(nèi)顯著增強(qiáng)新骨形成，提示了它們?cè)谥委煵挥瞎侨睋p中的應(yīng)用潛力。

總結(jié)：
1. CircRNA-vgll3直接將miR-326-5p隔離在細(xì)胞質(zhì)中，抑制其活性，進(jìn)而上調(diào)Itga5的蛋白水平，在ADSCs成骨分化中發(fā)揮調(diào)節(jié)作用。
2. circRNA-vgll3修飾的ADSCs可以明顯增強(qiáng)體內(nèi)新骨形成。