骨关节炎中调控软骨细胞凋亡信号通路的建模方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种骨关节炎中调控软骨细胞凋亡信号通路的建模方法和应用，该建模方法具体包括：步骤1，筛选出调控软骨细胞凋亡最显著信号通路；步骤2，建立软骨细胞凋亡的数学模型；步骤3，数学模型验证；通过数学建模能够从系统层面定量解析信号通路中各信号分子调控软骨细胞凋亡的机制，可以有效地填补传统生物学实验方法的不足，为实验研究提供合理的生物学假设和推演，并可以预测药物治疗的靶点。并可以预测药物治疗的靶点。

【技术实现步骤摘要】
骨关节炎中调控软骨细胞凋亡信号通路的建模方法和应用


[0001]本专利技术属于建模方法，尤其涉及一种骨关节炎中调控软骨细胞凋亡信号通路的建模方法和应用。

技术介绍

[0002]骨关节炎(osteoarthritis, OA)是一种以关节软骨破坏、软骨下骨重塑、骨赘形成和关节周围组织炎症改变为特征的关节慢性退行性疾病，严重影响患者的生活质量。随着我国人口老龄化的加剧，OA患病率将呈现出越来越高的趋势，因此针对OA的研究显得愈发迫切。
[0003]研究显示，软骨细胞凋亡在骨性关节炎发生发展中起到关键作用，其数量与骨关节炎严重程度呈正相关，所以，预防和减少软骨细胞凋亡是治疗骨关节炎的有效方法。
[0004]软骨细胞凋亡的信号转导通路十分复杂，涉及的信号通路主要包括TNF信号通路，MAPK信号通路、JAKS/STAT信号通路、Wnt/β
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catenin信号通路和NF
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κB信号通路等，是目前国内外研究的热点问题。TNF信号通路中的肿瘤坏死因子α (tumor necrosis factor
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alpha，TNF
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α)是一种具有多效生物学效应的细胞因子。TNF的生物学效应是通过细胞表面的2种TNF受体(TNFR)引发，其信号传导通路主要包括caspase家族介导的细胞凋亡、衔接蛋白TRAF介导的转录因子NF
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κB和JNK蛋白激酶的活化。当TNF
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α水平升高，JNK信号通路被激活并开始参于软骨细胞凋亡，同时也导致凋亡抑制蛋白Bcl
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2的表达也明显下降。此外，JNK还参与抑制Sox
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9的表达，阻断NO诱导软骨细胞凋亡，而JNK的抑制剂SP600125可以明显抑制软骨的病理性损伤，为OA的治疗又提供了一个方向。
[0005]研究发现，大鼠膝关节腔特异性激活剂Jagged1蛋白激活Notch信号通路后，通过凋亡途径上调Bax蛋白，下调Bcl
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2蛋白，从而促进软骨细胞凋亡，加重OA；而注射γ分泌酶抑制剂DAPT(GSI
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IX)抑制Notch信号通路后，通过凋亡途径下调Bax蛋白，上调Bcl
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2蛋白，从而抑制软骨细胞凋亡，减轻OA发展。
[0006]综上所述，参与调控关节软骨细胞凋亡的信号通路种类繁多且极为复杂，但目前最显著调控软骨细胞凋亡的信号通路尚不清楚，且信号通路中最关键的信号分子也不明确。因此，筛选最显著影响软骨细胞凋亡的信号通路并发掘该信号通路中最关键的信号分子是亟待解决的问题。
[0007]然而，目前基于信号通路调控软骨细胞凋亡的数学建模却鲜有研究，但精准的数学模型能从系统层面定量解析信号通路中各信号分子调控软骨细胞凋亡的机制。因此，如何筛选最显著影响软骨细胞凋亡的信号通路，并从数学生物学角度出发，建立该信号通路调控软骨细胞凋亡的动力学模型显得尤为迫切。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是提供一种骨关节炎中调控软骨细胞凋亡信号通路的建模方法和应用，通过数学建模能够从系统层面定量解析信号通路中各信号分子调控软骨细胞凋亡的
机制，可以有效地填补传统生物学实验方法的不足，为实验研究提供合理的生物学假设和推演，并可以预测药物治疗的靶点。
[0009]为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下所述的技术方案：一种骨关节炎中调控软骨细胞凋亡信号通路的建模方法，包含以下步骤：步骤1，筛选出调控软骨细胞凋亡最显著信号通路；收集临床关节置换下的膝关节，分离软骨并进行原代培养，得到软骨细胞进行甲苯胺蓝染色鉴定，并进行传代培养；将正常的软骨细胞采用浓度为10ng/ml的IL
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1β进行诱导凋亡，并于6h，12h，18h，24h和30h检测Caspase
‑
3，BCL
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2和Bax的mRNA表达水平，确定软骨细胞凋亡初期和巅峰的时间点；接下来对实验进行分组，并进行高通量测序，筛选出10ng/ml的IL
‑
1β刺激下调控软骨细胞凋亡最显著信号通路，即：TNF信号通路；步骤2，建立软骨细胞凋亡的数学模型；基于步骤1中的TNF信号通路，建立各信号分子相互作用的数学模型，如下：其中，，，
……
，分别表示时刻信号分子IL
‑
1β，IRAK1/4，TNF
‑
α，TNFR1，TRADD，TRAF2/5，RIP1，NIK，TAK1，IKKs，MKK4/7，FADD，JNK1/2，NF
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κB，ITCH，Caspase10，c
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FLIP，Caspase8和Caspase3/7表达mRNA的相对浓度；，，
……
，分别表示IL
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1β，IRAK1/4，TNF
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α，TNFR1，TRADD，TRAF2/5，
RIP1，NIK，TAK1，IKKs，MKK4/7，FADD，JNK1/2，NF
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κB，ITCH，Caspase10，c
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FLIP，Caspase8和Caspase3/7表达mRNA的增长率；， ，
……
，分别表示IL
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1β，IRAK1/4，TNF
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α，TNFR1，TRADD，TRAF2/5，RIP1，NIK，TAK1，IKKs，MKK4/7，FADD，JNK1/2，NF
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κB，ITCH，Caspase10，c
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FLIP，Caspase8和Caspase3/7的降解率；表示IL
‑
1β对IRAK1/4的激活作用的激活率；表示TNF
‑
α对TNFR1的激活作用的激活率；表示TNFR1对TRADD的激活作用的激活率；表示TRADD对TRAF2/5的激活作用的激活率；表示TRAF2/5对RIP1的激活作用的激活率；表示TRAF2/5对NIK的激活作用的激活率；表示IRAK1/4对TAK1的激活作用的激活率；表示RIP1对IKKs的激活作用的激活率；表示TAK1对MKK4/7的激活作用的激活率；表示TRADD对FADD的激活作用的激活率；表示MKK4/7对JNK1/2的激活作用的激活率；表示IKKs对NF
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κB的激活作用的激活率；表示JNK1/2对ITCH的激活作用的激活率；表示FADD对Caspase10的激活作用的激活率；表示IKKs对c
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FLIP的激活作用的激活率；表示FADD对Caspase8的激活作用的激活率；表示Caspase10对Caspase3/7的激活作用的激活率；表示TRAF2/5对TAK1的激活作用的激活率；表示NIK对IKKs的激活作用的激活率；表示NF
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κB对MKK4/7的激活作用的激活率；表示ITCH对c
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FLIP的抑制作用的抑制率本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种骨关节炎中调控软骨细胞凋亡信号通路的数学建模方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤1，筛选出调控软骨细胞凋亡最显著信号通路；收集临床关节置换下的膝关节，分离软骨并进行原代培养，得到软骨细胞进行甲苯胺蓝染色鉴定，并进行传代培养；将正常的软骨细胞采用浓度为10ng/ml的IL
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1β进行诱导凋亡，并于6h，12h，18h，24h和30h检测Caspase
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3，BCL
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2和Bax的mRNA表达水平，确定软骨细胞凋亡初期和巅峰的时间点；接下来对实验进行分组，并进行高通量测序，筛选出10ng/ml的IL
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1β刺激下调控软骨细胞凋亡最显著信号通路，即：TNF信号通路；步骤2，建立软骨细胞凋亡的数学模型；基于步骤1中的TNF信号通路，建立各信号分子相互作用的数学模型，如下：
其中，，，
……
，分别表示时刻信号分子IL
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1β，IRAK1/4，TNF
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α，TNFR1，TRADD，TRAF2/5，RIP1，NIK，TAK1，IKKs，MKK4/7，FADD，JNK1/2，NF
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κB，ITCH，Caspase10，c
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FLIP，Caspase8和Caspase3/7表达mRNA的相对浓度；，，
……
，分别表示IL
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1β，IRAK1/4，TNF
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α，TNFR1，TRADD，TRAF2/5，RIP1，NIK，TAK1，IKKs，MKK4/7，FADD，JNK1/2，NF
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κB，ITCH，Caspase10，c
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FLIP，Caspase8和Caspase3/7表达mRNA的增长率；， ，
……
，分别表示IL
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1β，IRAK1/4，TNF
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α，TNFR1，TRADD，TRAF2/5，RIP1，NIK，TAK1，IKKs，MKK4/7，FADD，JNK1/2，NF
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FLIP，Caspase8和Caspase3/7的降解率；表示IL
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1β对IRAK1/4的激活作用的激活率；表示TNF
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α对TNFR1的激活作用的激活率；表示TNFR1对TRADD的激活作用的激活率；表示TRADD对TRAF2/5的激活作用的激活率；表示TRAF2/5对RIP1的激活作用的激活率；表示TRAF2/5对NIK的激活作用的激活率；表示IRAK1/4对TAK1的激活作用的激活率；表示...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙德顺，阿哈得，欧阳侃，段莉，王大平，
申请(专利权)人：深圳市第二人民医院深圳市转化医学研究院，
类型：发明
国别省市：