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    葛根素通過miR-34a上調(diào)促進(jìn)了激素誘導(dǎo)的兔股骨頭壞死和激素誘導(dǎo)的骨細(xì)胞的成骨發(fā)生

    2021-08-02 12:53姜鑫陳文靜蘇杭申福國(guó)肖文龍孫文彩
    中國(guó)典型病例大全 2021年7期
    關(guān)鍵詞:葛根素骨細(xì)胞成骨細(xì)胞

    姜鑫 陳文靜 蘇杭 申福國(guó) 肖文龍 孫文彩

    摘要:目的:探討葛根素對(duì)激素性股骨頭壞死(SONFH)成骨的促進(jìn)作用。方法:(1)30只6月齡健康成年新西蘭大白兔,雌雄各半,隨機(jī)分為對(duì)照組、模型組和葛根素組,每組9只。新西蘭兔應(yīng)用馬血清和甲基強(qiáng)的松龍(MPS)建立體內(nèi)SONFH模型,建模成功后然用葛根素治療,常規(guī)蘇木精-伊紅染色觀察股骨頭組織形態(tài)學(xué)改變。(2)從健康家兔分離成骨細(xì)胞,分別給予地塞米松和葛根素單獨(dú)或聯(lián)合治療,采用CCK-8法測(cè)定成骨細(xì)胞活力及應(yīng)用茜素紅法評(píng)價(jià)礦化結(jié)節(jié)的形成。(3)應(yīng)用qRT-PCR和westernblot檢測(cè)股骨頭壞死組織中RUNX家族轉(zhuǎn)錄因子2(RUNX2)和miR-34a的表達(dá)。結(jié)果:葛根素可減輕SONFH對(duì)家兔組織病理學(xué)異常的促進(jìn)作用,對(duì)抗SONFH對(duì)RUNX2和miR-34a表達(dá)的抑制作用。兔成骨細(xì)胞分離成功,呈紅色礦化結(jié)節(jié)。地塞米松暴露降低成骨細(xì)胞的活力,葛根素治療增加了這種活力。此外,葛根素治療減弱了地塞米松對(duì)成骨細(xì)胞活力、成骨細(xì)胞分化以及RUNX2和miR-34a表達(dá)的抑制作用。結(jié)論:葛根素通過miR-34a上調(diào)促進(jìn)激素性股骨頭壞死的成骨和激素性骨細(xì)胞的成骨。

    關(guān)鍵詞:葛根素;激素性股骨頭壞死;成骨;成骨細(xì)胞;miR-34a

    【中圖分類號(hào)】R816.8 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1673-9026(2021)07-130-02

    激素性股骨頭壞死(SONFH)的特征是骨細(xì)胞進(jìn)行性壞死[1]。糖皮質(zhì)激素的長(zhǎng)期使用或過量攝入是誘發(fā)股骨頭壞死的主要誘因之一[2],然而,SONFH的發(fā)病機(jī)制仍不十分明確。最近的研究推測(cè),可能與激素誘導(dǎo)的成骨細(xì)胞凋亡、成脂與成骨分化失衡及股骨頭微循環(huán)受損等相關(guān)。成骨細(xì)胞來源于成熟的成骨細(xì)胞和間充質(zhì)前體,對(duì)骨生長(zhǎng)和骨基質(zhì)形成至關(guān)重要[3]。成骨細(xì)胞可以與破骨細(xì)胞相互作用,維持骨內(nèi)穩(wěn)態(tài)[4]。在骨重塑過程中,成骨細(xì)胞分化和破骨細(xì)胞生成的不平衡會(huì)導(dǎo)致骨組織系統(tǒng)性破壞所反映的病理狀態(tài),進(jìn)而導(dǎo)致骨減少、骨溶解甚至骨壞死[5]。通過促進(jìn)破骨細(xì)胞分化和保護(hù)骨重塑的相關(guān)機(jī)制,天然化合物的使用已被廣泛應(yīng)用于治療SONFH[6]。

    葛根素是從葛根中提取的一種異黃酮類植物雌激素,與雌二醇結(jié)構(gòu)類似,具有雌激素樣作用[7]。葛根素可與骨細(xì)胞雌激素受體(ER)結(jié)合,促進(jìn)成骨細(xì)胞的增殖與分化,增加骨密度和骨強(qiáng)度,并能直接抑制破骨細(xì)胞骨吸收,促進(jìn)骨形成的作用[8]。然而,葛根素促進(jìn)成骨細(xì)胞介導(dǎo)的骨形成的機(jī)制尚未完全闡明,為探討葛根素促進(jìn)成骨細(xì)胞向SONFH分化的可能機(jī)制,本項(xiàng)目通過建立兔體內(nèi)模型和成骨細(xì)胞體外模型對(duì)其進(jìn)行研究。

    1材料與方法

    1.1實(shí)驗(yàn)動(dòng)物

    購(gòu)自濟(jì)南金豐實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心的30只6月齡健康成年新西蘭大白兔,雌雄各半。所有動(dòng)物實(shí)驗(yàn)均按照中國(guó)動(dòng)物保護(hù)與使用委員會(huì)的指導(dǎo)方針進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)在齊齊哈爾醫(yī)學(xué)院第三附屬醫(yī)院進(jìn)行,使動(dòng)物的疼痛和不適降低到最小化,

    并獲得齊齊哈爾醫(yī)學(xué)院第三附屬醫(yī)院實(shí)驗(yàn)動(dòng)物委員會(huì)批準(zhǔn)(批準(zhǔn)號(hào):DO2019120)。

    1.2主要儀器

    光學(xué)顯微鏡,倒置顯微鏡蔡司(Axio Vert.A1,卡爾蔡司,德國(guó)Oberkochen;放大倍數(shù):200×),熒光實(shí)時(shí)定量 PCR 儀 ( Agilent Technologies Mx3000P ) ; 分 光 光 度 計(jì)( GENESYS 140/150)。

    1.3方法

    1.3.1體外SONFH模型的建立

    所有的兔子在接受實(shí)驗(yàn)前都經(jīng)過了一周的馴化,將家兔隨機(jī)分為對(duì)照組、模型組和葛根素組,每組9只。SONFH模型組,于第0天在耳靜脈注射10ml/kg馬血清(HS)3周后在耳靜脈注射HS(6ml/kg),兩周后,家兔腹腔注射甲基強(qiáng)的松龍(40mg/kg)(MPS)3天。在激素給藥期間,青霉素(100000 U)可預(yù)防感染給每只兔子7天。

    1.3.2蘇木精-伊紅染色

    建立SONFH模型后,將股骨頭標(biāo)本固定在4%多聚甲醛,10%EDTA溶液(EDS,EDS)脫鈣2個(gè)月,脫鈣樣品梯度乙醇中脫水,切片后蘇木精—伊紅染色,在光學(xué)顯微鏡下觀察了美洲馬州沃爾特馬州的Thermofher組織形態(tài)學(xué)變化×大200倍,SONFH病變根據(jù)先前確定的標(biāo)準(zhǔn)[9,10]進(jìn)行測(cè)定。

    1.3.3成骨細(xì)胞的分離與鑒定

    取出4只健康雄性新西蘭大白兔顱骨,將頭骨切成小塊,在PBS中沖洗三次,并用0.25%胰蛋白酶0.1%I型膠原酶消化骨組織,在1000℃下離心30分鐘,收集下層細(xì)胞,轉(zhuǎn)移至培養(yǎng)瓶中,加入高葡萄糖Dulbecco改良Eagle培養(yǎng)基。培養(yǎng)瓶放置在37℃ 中培養(yǎng)并進(jìn)行細(xì)胞傳代,取第三代細(xì)胞在倒置顯微鏡下進(jìn)行確認(rèn)。

    1.3.4細(xì)胞處理與細(xì)胞轉(zhuǎn)染

    分離的成骨細(xì)胞用5%CO2在37℃F-12培養(yǎng)基中培養(yǎng),然后暴露于地塞米松(Dex,D4902,C22H29FO5,純度≥ 97.0%,)0,0.1,1,5和10μM或用不同劑量(0、0.1、1、5和10μM) ,以二甲基亞砜(DMSO)預(yù)溶葛根素為研究對(duì)象,分別確定建立SONFH體外模型和葛根素治療的最佳濃度。

    將分離出的成骨細(xì)胞分為5組,即對(duì)照組(空白對(duì)照組)、Dex組(成骨細(xì)胞暴露于1μM-Dex處理24h),葛根素組(成骨細(xì)胞預(yù)處理0.1μg/ml)μM葛根素24小時(shí),暴露于1μM-Dex轉(zhuǎn)染24h),葛根素+MC組(模擬對(duì)照轉(zhuǎn)染后,用0.1μmol/l的濃度預(yù)處理成骨細(xì)胞μM葛根素24小時(shí),暴露于1μM-Dex轉(zhuǎn)染24h),葛根素+M組(miR-34a模擬轉(zhuǎn)染后,成骨細(xì)胞用0.1μmol/l預(yù)處理μM葛根素24小時(shí),暴露于1μM指數(shù)為24小時(shí))。所有處理過的基因和lipofectamine3000轉(zhuǎn)染試劑在37℃共同孵育℃ 10分鐘后,將孵育液和基因脂質(zhì)復(fù)合物加入成骨細(xì)胞中,37℃孵育48小時(shí)℃。

    1.3.5定量逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)(qRT-PCR)

    分別用Trizol試劑和PureLink miRNA分離試劑盒從分離成骨細(xì)胞中提取總RNA和miRNA,用氯仿對(duì)總RNA和miRNA進(jìn)行分層,異丙醇沉淀,75%乙醇洗滌,在無RNase水中溶解。利用上標(biāo)IV逆轉(zhuǎn)錄酶合成了相應(yīng)的cDNAs,然后在PCR檢測(cè)系統(tǒng)下,相關(guān)基因表達(dá)量用2計(jì)算-ΔΔCt方法。

    1.3.6細(xì)胞計(jì)數(shù)試劑盒(CCK-8)分析以及茜素紅染色

    CCK-8試劑測(cè)定成骨細(xì)胞的活性,CCK-8試劑(10μ五十) 在37℃時(shí)加入每個(gè)孔中的貼壁細(xì)胞進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)℃ 2小時(shí),通過分光光度計(jì)(GENESYS 140/150)記錄450 nm處的細(xì)胞吸光度。

    茜素染色檢測(cè)成骨細(xì)胞鈣結(jié)節(jié),成骨細(xì)胞加入茜素紅工作液,37℃孵育℃ 在倒置顯微鏡下觀察成骨細(xì)胞中礦化結(jié)節(jié)的形成× PBS沖洗后放大。

    1.3.7蛋白質(zhì)印跡

    通過RIPA緩沖液從分離的成骨細(xì)胞中提取總蛋白。用增強(qiáng)化學(xué)發(fā)光試劑盒顯示蛋白條帶,用ImageJ軟件(1.52s版)分析條帶強(qiáng)度。

    1.3.8統(tǒng)計(jì)分析

    使用SPSS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。測(cè)量數(shù)據(jù)以平均值表示± 標(biāo)準(zhǔn)差。Shapiro-Wilk檢驗(yàn)檢測(cè)正態(tài)分布。多組間比較采用單因素方差分析,事后配對(duì)比較采用Tukey檢驗(yàn)。P<0.05具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

    2結(jié)果

    2.1葛根素能減輕MPS誘導(dǎo)的兔組織病理學(xué)異常,并對(duì)抗MPS和miR-34a表達(dá)的抑制作用

    如圖1A所示,我們觀察到典型的股骨頭壞死,骨小梁內(nèi)有大量空骨陷窩或骨細(xì)胞核收縮,骨小梁周圍有骨髓壞死,髓腔擴(kuò)大,造血細(xì)胞明顯減少,與對(duì)照組股骨頭未見明顯骨壞死相比,SONFH模型兔脂肪組織增生、肥大。家兔灌胃葛根素后,股骨頭組織學(xué)特征均較模型組改善,骨小梁基本完整,排列不規(guī)則,偶見空骨陷窩,周圍壞死骨髓細(xì)胞較模型組減輕(圖1A)。這些結(jié)果表明葛根素可能對(duì)家兔的SONFH有保護(hù)作用。

    注射多磺酸粘多糖后,測(cè)定兔股骨頭中RUNX2 的表達(dá)。MPS誘導(dǎo)的SONFH兔的表達(dá)下調(diào),葛根素逆轉(zhuǎn)MPS對(duì)RUNX2表達(dá)的抑制作用(P<0.001;圖1B-1D)。此外,先前的研究發(fā)現(xiàn)miR-34a減輕了Dex誘導(dǎo)的對(duì)成骨細(xì)胞分化的抑制作用[11]。如圖1E所示,注射MPS可下調(diào)兔股骨頭中miR-34a的表達(dá),而葛根素治療可減弱對(duì)miR-34a表達(dá)的抑制作用(P<0.001)。這些結(jié)果表明葛根素可能促進(jìn)成骨細(xì)胞的分化,從而拮抗家兔的SONFH。

    2.2成功分離出紅色礦化結(jié)節(jié)的兔成骨細(xì)胞,地塞米松降低成骨細(xì)胞活力,葛根素提高成骨細(xì)胞活力

    觀察葛根素和地塞米松對(duì)成骨細(xì)胞活性的影響。茜素紅S染色結(jié)果顯示分離細(xì)胞中有紅色礦化結(jié)節(jié),表明兔成骨細(xì)胞已成功分離(圖2A)。分別用不同濃度的地塞米松和葛根素處理離體成骨細(xì)胞。在暴露于Dex(1,5和10)24小時(shí)后,檢測(cè)到成骨細(xì)胞活力的劑量依賴性降低μM) (P<0.01,P<0.001),而細(xì)胞暴露于濃度低于1μM沒有顯示成骨細(xì)胞活力的明顯變化(圖2B)。對(duì)照組用葛根素(0.1,1,5)治療24,48hμM) 增加成骨細(xì)胞活力,葛根素0.1μM對(duì)成骨細(xì)胞活力的提高作用較強(qiáng)(P<0.05,P<0.01);圖2C,D)。

    2.3葛根素通過上調(diào)miR-34a的表達(dá),部分減弱Dex對(duì)兔成骨細(xì)胞成骨分化的抑制作用

    地塞米松處理后miR-34a表達(dá)和成骨細(xì)胞活力均下降(P<0.01,P<0.001),葛根素可減輕地塞米松對(duì)這些因子的抑制作用(P<0.05,P<0.001;圖3A,B)。此外,將miR-34a模擬物轉(zhuǎn)染葛根素處理的成骨細(xì)胞后,進(jìn)一步促進(jìn)了葛根素增強(qiáng)miR-34a表達(dá)和成骨細(xì)胞活力的作用(P<0.05,P<0.001;圖3A,B)。此外,暴露于Dex可減少紅色礦化結(jié)節(jié),降低RUNX2的蛋白表達(dá)(P<0.001),葛根素治療可使這些表達(dá)減弱(P<0.001,圖3C-3E)。值得注意的是,將miR-34a模擬物轉(zhuǎn)染到葛根素處理的成骨細(xì)胞中也促進(jìn)了葛根素對(duì)抗Dex對(duì)紅色礦化結(jié)節(jié)形成和RUNX2蛋白表達(dá)的影響(P<0.001,圖3C-3E)。這些結(jié)果表明葛根素可能通過上調(diào)miR-34a的表達(dá),部分誘導(dǎo)成骨細(xì)胞分化,從而拮抗SONFH。

    3討論

    糖皮質(zhì)激素可導(dǎo)致骨細(xì)胞出現(xiàn)不可修復(fù)的缺損,引起骨壞死,擾亂骨代謝失衡,從而導(dǎo)致非創(chuàng)傷性股骨頭塌陷[12],可導(dǎo)致成骨和骨細(xì)胞凋亡,抑制骨祖細(xì)胞的增殖和向成骨細(xì)胞分化[13]。Weinstein的研究表明,接受糖皮質(zhì)激素的小鼠表現(xiàn)出股骨頭強(qiáng)度、股骨頭礦物質(zhì)密度和股骨頭松質(zhì)骨中成骨細(xì)胞數(shù)量減少,小梁寬度縮短。本研究采用HS和MPS聯(lián)合給藥的方法,在家兔上建立了SONFH的體內(nèi)模型,根據(jù)上述結(jié)果,我們發(fā)現(xiàn)SONFH兔骨小梁周圍有空骨陷窩或骨細(xì)胞核固縮,骨髓壞死。

    Runt家族相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子2(Runx2)是骨發(fā)育過程中激活與啟動(dòng)骨髓基質(zhì)干細(xì)胞向成骨細(xì)胞分化并調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞成熟的重要轉(zhuǎn)錄因子[14],對(duì)成骨分化的發(fā)展和進(jìn)展是不可或缺的,與一系列協(xié)同調(diào)節(jié)蛋白相互作用,為整合成骨細(xì)胞分化所需的細(xì)胞信號(hào)通路和基因表達(dá)的組織特異性調(diào)節(jié)提供了一種組合機(jī)制[15]。Fan的研究表明,在DEX誘導(dǎo)的骨質(zhì)疏松兔中RUNX2蛋白水平下調(diào),并且在DEX處理的MC3T3-E1細(xì)胞中抑制RUNX2的表達(dá)[16]。王海珍等人的研究證實(shí)抑制表達(dá)miR-196a-3p 的大鼠成骨細(xì)胞中Runx2 表達(dá)升高,而過表達(dá)Runx2明顯促進(jìn)成骨細(xì)胞增殖和分化[17]。與這些發(fā)現(xiàn)相似,我們的研究發(fā)現(xiàn),HS和MPS聯(lián)合給藥可下調(diào)兔SONFH模型中RUNX2的表達(dá)。總之,目前的結(jié)果表明,股骨頭從成骨分化向成脂分化的轉(zhuǎn)變可能是糖皮質(zhì)激素誘導(dǎo)股骨頭壞死的原因。

    葛根素是從葛根中藥里提取的一種單體成分,屬于植物雌激素,對(duì)成骨細(xì)胞的活性具有調(diào)節(jié)作用[18]。在我們的研究中,葛根素對(duì)MPS誘導(dǎo)的SONFH兔的作用與葛根素對(duì)酒精誘導(dǎo)的骨壞死小鼠的作用幾乎相同。我們觀察到葛根素逆轉(zhuǎn)了多磺酸粘多糖對(duì)形態(tài)學(xué)改變的作用。此外,葛根素處理的MC3T3-E1細(xì)胞呈現(xiàn)上調(diào)的RUNX2表達(dá)[19]。本研究的體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明,葛根素對(duì)MPS誘導(dǎo)的兔骨髓細(xì)胞壞死和股骨頭塌陷有保護(hù)作用,并通過調(diào)節(jié)miR-34a的表達(dá)對(duì)抗Dex對(duì)成骨細(xì)胞成骨分化的抑制作用,與此同時(shí),葛根素也能抑制多磺酸粘多糖誘導(dǎo)的家兔RUNX2 mRNA和蛋白質(zhì)水平的上調(diào)。這些結(jié)果表明葛根素通過促進(jìn)成骨分化逆轉(zhuǎn)糖皮質(zhì)激素對(duì)骨形成的抑制作用。

    曾有研究表明,葛根素能夠促進(jìn)大鼠成骨細(xì)胞增殖和分化,并表明1.0umol/Lg葛根素效果最好[17],本研究為進(jìn)一步探討葛根素促進(jìn)成骨分化促進(jìn)骨形成的機(jī)制,進(jìn)行了細(xì)胞實(shí)驗(yàn)。分別用不同濃度的地塞米松和葛根素處理離體成骨細(xì)胞,以確定造模和葛根素處理的最佳濃度。先前的體外實(shí)驗(yàn)表明,葛根素治療可促進(jìn)成骨細(xì)胞增殖,增加礦化結(jié)節(jié)的形成,并增加成骨相關(guān)基因的表達(dá)[20]。與這些觀察結(jié)果一致,我們的研究表明葛根素能提高成骨細(xì)胞的活力,促進(jìn)成骨細(xì)胞的成骨分化和成骨相關(guān)基因的表達(dá)。

    miRNA是一類內(nèi)源性非編碼小分子RNA,通過調(diào)節(jié)靶基因轉(zhuǎn)錄后表達(dá)影響多種生物學(xué)過程,包括增殖、分化和凋亡等[21]。Yuan等[22]利用qRT-PCR證明SONFH患者組織中miR-34a表達(dá)上調(diào),Kand [23]證實(shí)miR-34a具有促進(jìn)成骨的作用。Zha等研究表明miR-34a在Dex給藥后下調(diào),上調(diào)的miR-34a通過促進(jìn)小鼠骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的成骨細(xì)胞分化而減輕糖皮質(zhì)激素誘導(dǎo)的股骨頭壞死[24]。在我們的研究中,我們檢測(cè)到在MPS誘導(dǎo)的SONFH兔和Dex誘導(dǎo)的成骨細(xì)胞中miR-34a表達(dá)下調(diào),并且證明上調(diào)的miR-34a在體外進(jìn)一步促進(jìn)葛根素的作用,表明miR-34a與葛根素的作用正相關(guān)。在這項(xiàng)研究中,雖然我們沒有確定miR-34a在SONFH中促進(jìn)成骨分化的基因或信號(hào)通路,但是我們?yōu)橐院蟮难芯刻峁┝朔较颉?/p>

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