环多肽D7通过调节GDF15介导的氧化应激信号在股骨头坏死期间保护骨髓间充质干细胞并促进其成软骨

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背景:股骨头坏死(Osteonecrosis of the femoral head,ONFH)是一种进展性高致残性疾病,其发生发展与临床应用大剂量糖皮质激素密切相关,并且研究表明糖皮质激素诱导的氧化应激激活与ONFH的病理生理变化密切相关。目前早期股骨头坏死已然缺乏有效的干预手段以防止股骨头坏死的进展,手术干预仍是治疗股骨头坏死的最终手段。这凸显了研究针对早期股骨头坏死新疗法的重要性。我们之前的研究表明,D7是一种环状多肽,由7个氨基酸构成,可以增强骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cells,BMSCs)的黏附、扩张和增殖能力。因此,在本研究中,我们研究了 D7在股骨头缺血性坏死(osteonecrosis of femoral head,ONFH)状态下对骨髓间充质干细胞的保护作用,并研究其作用的分子机制。目的:利用大鼠骨髓间充质干细胞研究环多肽D7在早期股骨头缺血性坏死过程中的保护作用,并研究其作用的分子机制。方法:1.利用GEO数据库以及股骨头坏死病人股骨头组织进行基因表达差异分析。2.D7应用于地塞米松(DEX)诱导的股骨头缺血坏死体外模型的治疗,研究其治疗作用及分子机制。结果:首先,我们利用GEO数据库以及临床病人股骨头组织筛查了 ONFH的危险因素,发现在ONFH病人的血清及股骨头组织中GDF15的表达显著降低。然后,我们将D7应用于地塞米松(DEX)诱导的激素诱导性股骨头缺血坏死(SONFH)体外模型中,进一步阐明其作用机制。我们发现在ONFH病理状态下,BMSCs细胞内氧化应激明显激活,而growth differentiation factor 15(GDF15)表达水平显著下调。此外,我们发现 DEX 通过抑制 GDF15/AKT/mammalian target of rapamycin(mTOR)信号通路抑制BMSCs增殖并诱导细胞凋亡。D7通过激活GDF15/AKT/mTOR信号通路缓解DEX诱导的骨髓间充质干细胞损伤,恢复骨髓间充质干细胞成软骨功能。此外,DEX诱导的过量活性氧(ROS)生成是GDF15/AKT/mTOR信号通路的上游信号,D7通过调节GDF15的表达,恢复了超氧化物歧化酶(SOD)1、SOD2和catalase等抗氧化剂的表达,从而改善了 DEX诱导的氧化还原失衡。结论及意义:我们的研究结果揭示了 D7对SONFH的潜在治疗作用,并证明这种保护作用可能是通过抑制DEX诱导的氧化应激激活和激活GDF15/AKT/mTOR信号通路介导的,从而为D7在SONFH治疗中的潜在应用提供了思路。
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