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目的: 糖尿病性骨质疏松是糖尿病的主要并发症之一,其发病机制复杂,涉及因素较多,目前尚未明确。成骨细胞是骨形成的主要功能细胞,研究表明,成骨细胞凋亡与糖尿病性骨质疏松密切相关,而高糖环境如何影响成骨细胞的凋亡,其具体机制目前尚未明确阐明。 大量研究证实,糖尿病病理条件下,晚期糖基化终末产物(Advanced glycation end products, AGEs)大量形成,并在糖尿病性骨质疏松的病理发生、发展过程中扮演着重要角色。AGEs是葡萄糖或其他还原糖与蛋白质、脂质、核酸发生非酶促糖基化反应形成的最终产物,能通过破坏成骨细胞微丝骨架来影响细胞形态、或与其受体结合产生氧化应激、或通过相关信号分子,最终导致成骨细胞增殖减少和凋亡。这提示糖尿病高糖环境下生成的AGEs是导致成骨细胞凋亡的关键因素。 此外,研究证实AGEs能介导神经细胞、心肌细胞等线粒体凋亡途径。线粒体是一种动态的细胞器,其在细胞内不断的分裂、融合,并形成网状结构,以此来保持功能。线粒体的分裂主要受Drp1和Fis1调控,融合主要受Opa1和Mfn2调控。线粒体分裂、融合的不平衡能导致线粒体的动力学改变,进而出现线粒体功能紊乱,导致细胞凋亡。 水飞蓟宾(silibinin)为黄酮木脂素类化合物,具有明显抗氧化特性,能抑制氧化应激,还能够恢复线粒体呼吸链功能和细胞膜完整性,从而恢复线粒体功能,从而抑制细胞凋亡。已有研究证实水飞蓟宾能促进成骨细胞介导的骨形成,缓解骨质疏松的进展。那么水飞蓟宾能否抑制AGEs诱导的成骨细胞凋亡,线粒体又在其中起了怎样的作用?为此,本实验以AGEs处理成骨细胞系MC3T3-E1建立凋亡模型,再以水飞蓟宾进行干扰,研究其中可能机制,为糖尿病性骨质疏松的治疗提供新思路和实验依据。 方法: 取对数生长期小鼠成骨细胞株MC3T3-E1,随机分为空白对照组、牛血清白蛋白(BSA)对照组、AGEs组、水飞蓟宾组、MitoQ(线粒体靶向抗氧化剂)组和CsA(线粒体膜通道抑制剂)组,其中空白对照组不加干预因素。分别采用MTT法检测细胞增殖率;流式细胞术、TUNEL染色检测凋亡率;Mitosox染色检测线粒体所产生活性氧含量;TMRM染色评价线粒体膜电位;Mitotracker染色结合激光共聚焦检测线粒体形态;ATP试剂盒检测ATP能量供应;western blot检测线粒体分裂融合蛋白Drp1、Fis1、Mfn2和OPA1、以及Bcl-2、Bax的蛋白表达水平。 结果: 1.AGEs显著降低成骨细胞活性,诱导细胞凋亡,并呈时间和浓度依赖性,当AGEs浓度达到400μg/ml时,成骨细胞凋亡的发生率达到峰值。AGEs能引起线粒体功能紊乱,导致线粒体ROS产生增多,MMP降低,ATP的产生减少。在形态上,AGEs处理的细胞线粒体呈碎片状,长度明显减少,线粒体分布密度降低。AGEs还能导致线粒体融合分裂紊乱,表现为Fis1表达增加,Opa1被裂解。 2.水飞蓟宾、MitoQ、环孢菌素A预处理的成骨细胞再经AGEs处理,其活性升高,凋亡比例降低,线粒体ROS产生减少,MMP升高,ATP的产量提高,形态呈细长棒状,长度和分布密度明显增加;线粒体Fis1含量减少,L型Opa1增多。 结论: 1.AGEs通过导致线粒体功能障碍和线粒体动力学平衡紊乱诱导成骨的细胞凋亡。 2.水飞蓟宾可能通过清除线粒体ROS和抑制膜通道开放提高线粒体活性,减少线粒体凋亡,调控线粒体融合分裂动态平衡。