Hepcidin基因敲除对小鼠骨代谢的影响及相关机制研究

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骨代谢的研究对于骨代谢相关疾病的治疗有着至关重要的作用。正常骨的生长代谢主要是靠骨形成和骨吸收之间的协调平衡来维持的,任何打破这一平衡的因素都会导致骨代谢的异常。骨代谢异常相关疾病有很多,严重影响了人们的生活质量,其中骨质疏松症(osteoporosis,OP)就是一种典型的骨代谢异常的全身性疾病,它以骨骼脆性增加和易于骨折为特点,其发病机制主要是许多因素引起的骨量减少和骨组织微结构的破坏。根据WHO数据显示,现如今,骨质疏松症已经成为一种全球性的疾病,并且越来越严重的威胁到人类的健康。造成骨质疏松的原因有很多,如老年骨重建功能的减退、绝经妇女雌激素缺乏导致破骨细胞活性增加以及不良的生活习惯等等。而近年来,越来越多的研究表明铁代谢的紊乱与骨代谢相关疾病之间存在着不可忽视的联系,这些结果均提示机体内铁含量的超载可能是引起骨质疏松症的重要因素之一。机体铁代谢的平衡受多种机制的调节,其中最主要的就是hepcidin-ferroportin信号通路,而其中主要由肝脏分泌的hepcidi(n铁调素)又是最关键的调节者,其功能是通过与其受体蛋白ferroportin相互作用实现的。其中Ferroportin蛋白是目前已知的唯一的哺乳动物铁输出蛋白,主要分布在机体小肠细胞和巨噬细胞,Hepcidin通过与Ferroportin结合并导致其被吞噬降解来调节体内铁离子的吸收、释放以及利用。Hepcidin的缺失或功能异常可以导致一系列铁代谢异常相关疾病,如血色沉着病、地中海贫血、肿瘤以及近年来发现的骨代谢异常相关疾病,而其共同表型就是机体内铁超载。越来越多的研究发现,Hepcidin-ferroportin信号通路的异常存在于在多种铁代谢紊乱特别是铁超负荷相关疾病中。然而,目前关于hepcidin与骨代谢之间的相关关系的研究尚缺乏。为了探讨这一问题,我们选用了hepcidin基因缺失的小鼠模型,研究hepcidin基因缺失后的小鼠铁代谢异常对小鼠骨代谢造成的影响极其相关机制。我们的结果表明:Hepcidin基因敲除会导致小鼠体内铁超负荷,表现为敲除组血清铁以及组织铁含量比对照组的显著增加,且敲除组的血清铁含量以及组织铁含量的增加与周龄成正相关,而对照组小鼠的血清铁和组织铁含量虽小鼠周龄的增加并无显著统计学差异。同时,Hepcidin敲除组的小鼠最大载荷和最大弹性载荷相对对照组小鼠均出现了显著地降低,而且这种降低与小鼠体内铁含量的增加成依赖性。为了探讨hepcidin缺失影响骨生物力学的相关机制,我们接下来检测了骨钙素和Ⅰ型胶原C端肽两个分别代表骨形成与骨吸收的血清骨代谢标志物,结果表明hepcidin基因敲除主要是通过诱导骨吸收来破坏骨承重能力的,而对骨形成的影响不大。基于上述研究结果我们认为:Hepcidin基因敲除会通过干扰hepcidin-ferroportin信号通路导致机体铁代谢紊乱,尤其是造成小鼠体内铁超负荷,而铁负荷通过诱导骨吸收破坏骨的承重能力,这是hepcidin基因影响骨代谢的重要机制,而hepcidin对骨代谢的影响是否存在其它机制需要进一步的研究。我们的研究首次为hepcidin和小鼠骨代谢的相关性研究提供了直接的证据,这意味着hepcidin将会成为研究铁代谢与骨代谢相关关系的关键点,将会为骨质疏松等骨代谢疾病的治疗提供新的靶点,并为将来治疗骨质疏松特异性药物的开发提供有力的依据。
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