1、（Biomedical Transformation），2023年6月，第4卷，第2期表观遗传和代谢调控间充质干细胞成骨分化的研究进展石玉，尹贝，李鑫，叶玲*收稿日期：2022-07-18；修回日期：2023-05-10基金项目：国家杰出青年科学基金项目（81825005）通信作者：叶玲（1975-），女，四川成都人，教授，主要从事牙髓/骨生物学、干细胞调控的研究。E-mail：【摘要】间充质干细胞是目前硬组织再生与修复中最为重要的种子细胞，在临床应用中前景广阔，因此其命运调控以及定向分化机制一直是领域内的重点研究方向。但由于间充质干细胞的异质性以及对其定向分化调控机制尚未完全清楚等诸多原因，
2、制约了间充质干细胞在临床治疗中的应用。近些年来越来越多的研究证明，在间充质干细胞成骨分化过程中表观遗传修饰发挥了重要调控作用；表观遗传调控异常与骨质疏松症的发生有关，且干预表观遗传修饰的小分子化合物具有改善骨质疏松的潜能。另一方面，营养物质代谢，尤其是葡萄糖代谢（糖代谢）不仅为细胞生理活动提供必需的能量物质，其代谢中间产物也是干细胞增殖、分化的调控因子；表观遗传修饰与糖代谢紧密关联，对间充质干细胞的生物学特性、命运决定起到至关重要的作用。在本文中，我们简要叙述了糖代谢和表观遗传修饰调控间充质干细胞成骨分化的研究进展和表观遗传在骨质疏松症中的临床应用前景。【关键词】间充质干细胞；成骨分化；表观遗
3、传修饰；骨质疏松中图分类号：Q254文献标识码：A文章编号：2096-8965（2023）02-0057-15Research progress on the epigenetic and metabolicregulation on osteogenesis of MSCsShi Yu,Yin Bei,Li Xin,Ye Ling*(State Key Laboratory of Oral Diseases&National Clinical Research Center for Oral Diseases,West China Hospital of Stomatology,Sichua
4、n University,Chengdu 610041,Sichuan,China)【Abstract】Until now,mesenchymal stem cells(MSCs)are the most important candidates for calcified tissueregeneration and injury repair,showing broad clinical application prospects.Therefore,the mechanism of fatedetermination and differentiation regulation has
5、been the fundamental question in the field.However,due to manyreasons,such as the heterogeneity and limited knowledge of regulatory mechanisms,the further investigation andclinical application of MSCs are restricted.In recent years,emerging studies have proved that epigeneticmodification plays an im
6、portant regulatory role in the process of osteogenic differentiation of MSCs.Abnormalepigenetic regulation is associated with the development of osteoporosis,and small molecules that interfere withepigenetic modifications have the potential to improve osteoporosis.On the other hand,nutrient metaboli
7、sm,especially glucose metabolism,is a necessary energy source for cell physiological activities and a regulatoryfactor for stem cell proliferation and differentiation.They are closely related and play a crucial role in the（口腔疾病研究国家重点实验室，国家口腔疾病临床医学研究中心，四川大学华西口腔医院，四川 成都 610041）DOI：10.12287/j.issn.2096
8、-8965.2023020757（Biomedical Transformation），2023年6月，第4卷，第2期0前言颌面骨缺损多由创伤、炎症、肿瘤以及先天性发育不良等引起，严重影响患者颌面部外形美观，并引起口腔功能障碍1。在临床上常用的治疗方法包括自体骨移植、异体骨移植、人工骨移植等。但是由于自体骨骨量有限，异体骨有潜在的排斥反应，而人工骨因为力学活性以及生物学活性问题对临床应用造成局限。因此，基于间充质干细胞（Mesenchymal Stem Cells，MSCs）的硬组织修复手段有望成为治疗颌骨缺损的有效方法。目前已有报道，MSCs已经用于2型糖尿病2、中风3、心肌梗死4以及自身免
9、疫疾病5等相关疾病的临床实验。MSCs的应用作为一种新型治疗手段，受到广泛关注。但是全球正在进行的MSCs临床研究大多处于早期阶段，随着试验进入后期，研究数量迅速减少。从发表在ClinicalTrials.gov上的数据可以看出，MSCs在临床期期的研究数目在500600项左右，而进展到期临床的研究数目降到60项左右（ClinicalTrials.gov，以MSCs和Clinical Trail为关键词）。有研究指出，临床试验数据可比性差、重复性欠佳的主要原因包括不同组织的MSCs存在异质性，对于MSCs生物学功能了解不足而导致的制备方法不同，以及MSCs在治疗时的传代数目有差异等等6。这些问
10、题反应出 MSCs 的研究仍有欠缺，无法满足标准化、规模化的临床疾病治疗。而在骨骼研究领域，骨来源的MSCs已被报道可用于治疗大段骨缺损，骨折愈合以及颅颌面骨损伤修复的临床试验处于进展中7，8，但由于其定向分化调控机制不明，从而制约了其临床试验效果。近年来，越来越多的科学研究集中在探讨骨来源MSCs维持和分化过程中的调控机制。在这些研究进展中，表观遗传修饰调控MSCs对组织的维持和再生作用无疑是领域内的热点与重点之一9。在体内外实验中，表观遗传学修饰决定MSCs的分化方向10，11；并且表观遗传修饰的异常会导致MSCs功能障碍，其中包括增殖、凋亡以及炎症反应的发生12。因此，在MSCs生物学功
11、能调控与命运决定的过程中，对表观遗传修饰的了解与研究，可为探讨MSCs的定向分化机制提供科学基础，同时也为其临床应用提供指导意义。1骨来源间充质干细胞在骨骼研究中常用的MSCs于 1968 年首次在骨髓内被分离出来，其具有良好的贴壁能力以及体外增殖能力，可自我复制，并且可以形成单克隆13；随后研究发现，骨来源的MSCs可以在体外特定诱导刺激下，分化成为中胚层的多种细胞（包括成骨细胞、脂肪细胞以及软骨细胞），内胚层细胞以及神经外胚层细胞14。位置分布上，MSCs常常聚集在血管周围，在获取养分的同时，也可以通过分泌细胞因子以及外泌体影响微环境14。目前越来越多的研究表明，骨来源的MSCs存在着异质
12、性，不同硬组织来源的MSCs表达干细胞表面标志物的情况差异明显，在同一组织中干细胞的生物学特性以及种类也有区别15。尽管如此，由于 MSCs容易获得，并且具有多向分化能力以及低免疫原性等特点，仍然成为治疗多种骨骼疾病的潜在细胞群体16。2MSCs成骨分化中的表观遗传修饰调控近些年来，MSCs的表观遗传修饰逐渐成为干细胞分化领域的研究热点17。核小体是染色体最为基本的结构单元，由脱氧核糖核酸（DeoxyribonucleicAcid，DNA）以及包裹在外侧的组蛋白构成。基因的表达受到转录因子和表观遗传学修饰共同的、动态的调控。因此，作用于DNA或是核心组蛋白层面上的各种表观遗传修饰酶成为研究的重
13、点与核心（见图1）。2.1 DNA甲基化在多种表观遗传修饰的方式中，DNA甲基化中的 5-甲基胞嘧啶（5-methylcytosine，5 mC）修饰是研究比较深入的MSCs行为调控方式之一。在大多数的情况下，基因启动子区域的甲基化代表着基因表达被抑制。在体内和体外的实验中，众多基因启动子区域CpG岛的甲基化被报道调控着干细胞的分化。其中，10-11 易位家族（Ten-ElevenTranslocation Family，TET Family）去 甲 基 化 酶TET1、TET2、以及TET3在MSCs中都有明显的表达。动物实验证明，在小鼠体内敲除Tet1和Tet2基因会导致骨髓MSCs功能障
14、碍，从而产生骨质疏松的表型11，18。biological characteristics and fate determination of MSCs.In this paper,we briefly describe the research progressof glucose metabolism and epigenetic modifications in regulating osteogenic differentiation of MSCs and theprospect of clinical application of epigenetics in osteoporos
15、is.【Keywords】Mesenchymal stem cell;Osteogenic differentiation;Epigenetic modification;Osteoporosis58（Biomedical Transformation），2023年6月，第4卷，第2期DNMT1：DNA甲基化转移酶1；DNMT3B：DNA甲基化转移酶3B；TET1：10-11易位家族去甲基化酶TET1；TET2：10-11易位家族去甲基化酶TET2；N6AMT1：N-6腺嘌呤特异性DNA甲基转移酶1；ALKBH1：AlkB同系物1，组蛋白H2A双加氧酶；P2rx7：嘌呤能受体P2X7；Runx
16、2：Runt相关转录因子2；Ocn：骨钙素；Dlx5：远中缺失同源盒基因5；Osx：Osterix；Pten：磷酸酶与张力蛋白同源物基因；SETDB1：SET结构域分叉的组蛋白赖氨酸甲基转移酶；LSD1：赖氨酸特异性组蛋白去甲基化酶1；KDM4A：赖氨酸去甲基化酶4A；K；DM4B：赖氨酸去甲基化酶 4B；EZH2：Zeste同源物增强子 2；KDM6A：赖氨酸去甲基化酶 6A；KDM6B：赖氨酸去甲基化酶 6B；Cebpa：CCAAT/增强子结合蛋白 alpha；Sfrp4：分泌型卷曲相关蛋白 4；Dkk1：Wnt 抑制剂 Dickkopf-1；ASH1L：组蛋白甲基化转移酶ASH1L；NO66：蛋白核仁蛋白66；KDM2A：赖氨酸去甲基化酶2A；SETD2：含有set结构域的蛋白2；Aldh1a2：醛脱氢酶1家族成员A2；Ereg：表皮调节素；Sfrp2：分泌型卷曲相关蛋白2；Sox9：SRY（性别决定区域Y）相关的高迁移率族框族9；PCAF：p300/CBP相关因子；HDAC1：组蛋白去乙酰化酶1；HDAC3：组蛋白去乙酰化酶3；SIRT1：Sirtuin 1；SIRT3：Sir
