基于滑膜成纤维样细胞组学分析的膝骨关节炎治疗研究

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1、基于滑膜成纤维样细胞组学分析的膝骨关节炎治疗研究重庆大学博士学位论文学生姓名：何建华指导教师：杨力教授专业：生物医学工程学科门类：工学重庆大学生物工程学院二O一七年十月ResearchforKneeOsteoarthritisTherapyBasedonFibroblast-likeSynoviocytesOmicsAnalysisAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheDoctor’sDegreeofEngineeringByJianhuaHeSupervisedb

2、yProf.LiYangSpecialty:BiomedicalEngineeringBioengineeringCollegeChongqingUniversity,Chongqing,ChinaOctober,2017中文摘要摘要骨关节炎（Osteoarthritis,OA）是一种以关节软骨的退行性病变、破坏、骨赘形成及关节间隙变窄为特征的慢性关节疾病，其临床表现主要为关节疼痛、僵硬、肿胀，伴有活动受限或关节稳定性降低，最终可能导致关节畸形。OA不但摧残着患者的身体健康，而且还给患者带来沉重的经济压力，影响着患者的生活质量。目前该病的病因及致病机理仍不清楚，若能够引入一种新的研究

3、方法，对OA的致病机理进行深入研究，将具有十分重要的意义。最近的研究显示，OA疾病发展过程中滑膜组织将产生炎症并且出现继发性增生，上述滑膜病变还会导致关节腔微环境稳态发生紊乱进而使疾病恶化，接着会导致关节发生形变，骨和软骨受到侵蚀和降解。大量成纤维样滑膜细胞（Fibroblast-likesynoviocyte，FLS）存在于增生的滑膜组织中，参与OA病程进展中对关节骨和软骨的破坏，且其自身表型也发生变化，在增殖和凋亡等生物学行为上也变得异常活跃，释放大量有降解作用的酶类、炎症因子以及其他细胞因子，这些细胞因子进一步加强对关节骨和软骨的破坏从而加快疾病进程。本文中以膝关节滑膜作为切入

4、点，对OA的致病机制及疾病干预进行了研究。随着高通量生物实验技术如基因微阵列技术和RNA-seq等的不断成熟，研究者们已经测定获得大量骨关节炎（包括膝关节OA、髋OA以及手OA）患者滑膜的基因芯片或转录组数据。本文首先利用基因表达分析工具GEO2R、注释分析工具DAVID和蛋白互作网络分析工具STRING对基因表达数据库GEO（GeneExpressionOmnibus）、文献数据库PubMed中托管的膝关节OA患者滑膜和正常膝关节滑膜的相关数据进行分析和注释，筛选出了BTG2、ELL2、TXNIP等在膝关节OA和正常膝关节滑膜间表达差异较大的基因，并在体外培养的人正常膝关节滑膜成纤

5、维样细胞及人膝关节OA滑膜成纤维样细胞中在mRNA水平和蛋白水平进行了实验验证。已有研究表明，BTG2、TXNIP基因在动脉粥样硬化和淋系白血病等不同疾病的病理进程中积极参与到NF-κB信号通路、NOD样受体信号通路中，并和活性氧族化合物相互影响，发挥抗炎和抑癌的作用；NRF2作为NOD样受体信号通路的核心蛋白，在内质网参与蛋白质加工和外分泌的过程中发挥着重要的作用。作者接下来在体外培养的人OA滑膜成纤维样细胞平台之上，佐以人关节软骨细胞之共培养体系以及兔膝骨关节炎模型，对NRF2的强抑制剂鸦胆子苦醇在人膝关节OA滑膜成纤维样细胞中的生物学效应做了不同层次的探索。综合全文得到以下结论

6、：1.通过若干人膝骨关节炎滑膜与人正常膝关节滑膜的大数据分析挖掘，找到I重庆大学博士学位论文了BTG2、ELL2、TXNIP等在上述两类样本间有显著表达差异的基因；2.通过实时定量PCR、免疫组织化学以及Westernblot，验证了相对于人正常膝关节滑膜成纤维样细胞，在人膝关节OA滑膜成纤维样细胞中BTG2、ELL2、TXNIP等3个基因的表达丰度变化，结果显示在后者中上述基因存在显著的表达下调；3.通过梯度浓度的鸦胆子苦醇刺激体外培养的人OA滑膜成纤维样细胞，发现一定浓度的鸦胆子苦醇处理能显著抑制人OA滑膜成纤维样细胞的增殖能力并引发其凋亡，并能增加LOX系列基因的表达、抑制基质

7、金属蛋白酶等的表达和分泌；4.使用鸦胆子苦醇对木瓜蛋白酶注射建模的兔膝骨关节炎模型进行在体干预，探究其修复效果，发现鸦胆子苦醇施药于OA已发病的兔膝关节腔内能部分恢复膝关节的组织学生理特征。综上所述，本文研究结果表明大数据分析挖掘可以成为人OA甚至更多疾病寻求诊治方法的利器之一，且鸦胆子苦醇对膝关节OA滑膜成纤维样细胞理化特征的恢复和维持可以起到积极作用，动物实验也表明鸦胆子苦醇对兔OA存在一定程度上的恢复作用。以上结果为人OA的治疗提供了一条潜在的可行性