骨骼是一种代谢活跃的结缔组织。骨组织通过持续的骨改建维持其骨量和构筑特点。间充质干细胞、成骨细胞、破骨细胞和骨细胞是骨改建过程中的主要效应细胞。它们之间任何一种细胞的生物学功能异常皆可导致诸如骨质疏松、骨溶解、骨硬化之类的疾病。鉴于骨组织的发生发育过程尤其是初始阶段的一系列生物学反应,是在低氧状态下进行的,同时参与骨改建过程中的多种效应细胞属氧感应细胞,因此,自低氧诱导因子(hypoxia inducible factors,HIFs)发现以来,这一生命活动氧调控通路的重要组成元件一直受到国内外研究人员的广泛关注。研究低氧/HIF-1α通路在骨改建中的调节作用及其发生机制具有重要意义。目的本研究拟阐明低氧/HIF-1α通路激活对骨改建的影响,同时对细胞低氧/HIF-1α通路激活后的相关机制在不同疾病模型中的作用进行拓展论证。方法(1)以成骨细胞Vhl基因条件性敲除小鼠模型为研究对象,通过组织形态学染色、细胞培养、real-time PCR检测、Western blot检测、荧光素酶报告基因检测、芯片分析等方法,阐明激活低氧/HIF-1α通路的成骨细胞,对破骨细胞生物学行为的调节作用及其发生机制。(2)以糖皮质激素性骨质疏松症小鼠模型为研究对象,通过micro-CT检测、组织形态学染色、细胞培养、real-time PCR检测、Western blot检测等方法评价micro RNA-34a-5p对骨髓间充质干细胞生物学功能的影响。(3)以高分子聚乙烯颗粒诱导的小鼠颅盖骨骨溶解模型为研究对象,通过microCT检测、组织形态学染色、细胞培养、real-time PCR检测、Western blot检测等方法评价低氧模拟化合物DFO对破骨细胞生物学功能的影响。结果(1)Vhl基因条件性敲除以后,成骨细胞低氧/HIF-1α通路激活,IL-33表达增加;成骨细胞累积的HIF-1α能直接调控IL-33启动子的转录活性;成骨细胞能通过分泌IL-33抑制破骨细胞的生成、活性和骨吸收功能;IL-33能通过上调破骨前体细胞中micro RNA-34a-5p的表达抑制破骨细胞的分化。(2)糖皮质激素能抑制骨髓间充质干细胞的增殖和成骨分化;糖皮质激素能双向调节骨髓间充质干细胞中micro RNA-34a-5p的表达;干预micro RNA-34a-5p的表达能减轻糖皮质激素对骨髓间充质干细胞的抑制作用。(3)DFO能抑制破骨细胞的生成、活性和骨吸收功能;DFO能上调破骨前体细胞中HO-1的表达;抑制P38 MAPK通路能增强DFO对HO-1的上调作用;DFO能通过抑制炎症性破骨细胞的生成减轻颗粒诱导的骨溶解。结论(1)成骨细胞能通过激活低氧/HIF-1α/IL-33通路,上调破骨前体细胞中micro RNA-34a-5p的表达,抑制骨髓单核细胞向破骨细胞分化。(2)糖皮质激素能通过调节骨髓间充质干细胞中micro RNA-34a-5p的表达,抑制骨髓间充质干细胞的增殖和成骨分化。(3)DFO能通过P38 MAPK信号通路上调破骨前体细胞中HO-1的表达,抑制破骨细胞的生成,减轻高分子聚乙烯颗粒诱导的骨溶解。