红景天苷对小鼠骨性关节炎软骨及软骨下骨的保护作用及其机制研究

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目的:通过提取小鼠来源的软骨细胞及骨髓来源单核细胞(Bone marrow macrophage cells,BMMs)进行体外实验,探讨安全浓度范围内的红景天苷(Salidroside,Sal)在保护软骨细胞及抑制破骨细胞活化方面的作用及其分子机制;同时通过前交叉韧带横断术(Anterior cruciate ligament transection,ACLT)建立小鼠膝关节骨性关节炎(Osteoarthritis,OA)模型,研究不同浓度的Sal对软骨及软骨下骨的保护作用,以便为OA的治疗提供新策略。方法:1.通过细胞计数试剂盒-8(Cell counting kit-8,CCK-8)法确定Sal对软骨细胞的安全浓度范围;在此安全浓度范围内,通过高密度培养软骨细胞,用不同浓度的Sal对白介素-1β(Interleukin-1β,IL-1β)刺激的软骨细胞进行干预,再通过甲苯胺蓝染色观察Sal对软骨细胞外基质分泌的影响;同时,通过不同浓度的Sal对IL-1β刺激的软骨细胞进行干预后,利用实时荧光定量PCR(Real-time quantitative PCR,q PCR)和蛋白免疫印迹(Western blot,WB)法检测软骨细胞的白介素-6(Interleukin-6,IL-6)、肿瘤坏死因子-α(Tumor necrosisi factor-α,TNF-α)、环氧化酶-2(Cyclooxygenase-2,COX-2)和诱导性一氧化氮合酶(Inducible nitric oxide synthase,i NOS)等基因及COX-2、i NOS、蛋白聚糖酶-5(A disintegrin and metalloproteinase with thrombospondin motifs-5,ADAMTS-5)、基质金属蛋白酶-13(Matrix metalloproteinase-13,MMP-13)、聚集蛋白聚糖(Aggrecan)、Ⅱ型胶原(CollagenⅡ,COL-Ⅱ)等蛋白水平的变化,以及核因子κB(Nuclear factorκB,NF-κB)通路蛋白的变化。2.通过CCK-8法确定Sal对BMMs的安全浓度范围;在此安全浓度范围内,在不同浓度Sal的干预下,通过抗酒石酸性磷酸酶(Tartrate resistant acid phosphatase,TRAP)染色,观察Sal对核因子κB受体活化因子配体(Receptor activator for nuclear factor-κB ligand,RANKL)诱导的BMMs向破骨细胞分化的影响,以及通过鬼笔环肽染色观察Sal对破骨细胞肌动蛋白环(Filamentous actin,F-actin)形成的影响;同时,通过不同浓度的Sal干预,利用q PCR检测由RANKL诱导形成的破骨细胞的细胞癌基因FOS(Cellular oncogene fos,CFOS)、活化T细胞核因子1(Nuclear factor of activated T cells 1,NFATC1)、树突状细胞特异性跨膜蛋白(Dendritic cell-specifific transmembrane protein,DCSTAMP)、组织蛋白酶K(Cathepsin K,CTSK)等基因水平的变化,以及通过WB实验检测破骨细胞的C-FOS、NFATC1、CTSK等蛋白水平的变化;最后,通过加与不加20μM Sal干预,设置时间梯度来比较由RANKL诱导的破骨细胞形成过程中的NF-κB通路蛋白的变化。3.利用ACLT建立小鼠膝关节OA模型,设置假手术组(Sham组)、手术组(ACLT组)、手术+低浓度药物组(10mg/kg Sal,Low组)、手术+高浓度药物组(20mg/kg Sal,High组);按照分组,利用不同浓度的Sal对小鼠进行腹腔隔日注射12周,12周后,取膝关节组织进行组织切片,并进行苏木素伊红(Hematoxylin and eosin,H&E)染色、番红固绿(Safranin O and fast green,SO)染色观察小鼠膝关节软骨组织形态变化,同时对小鼠膝关节软骨的损伤程度进行国际骨性关节炎研究学会(Osteoarthritis research society international,OARSI)评分;以及通过TRAP染色观察膝关节软骨下骨组织形态变化及破骨细胞分布情况。结果:1.Sal浓度≤1000μM时,对小鼠软骨细胞活性无明显影响;同时,IL-1β刺激能够显著抑制软骨细胞外基质的分泌;在基因水平,IL-1β刺激能够升高促炎因子IL-6及TNF-α、炎症因子COX-2和i NOS等基因表达的水平;在蛋白水平,IL-1β刺激能够促进软骨细胞中炎症因子COX-2、i NOS和分解代谢因子ADAMTS-5、MMP-13的合成,同时可以抑制软骨细胞的Aggrecan、COL-Ⅱ等蛋白的合成;并且IL-1β刺激可以使得NF-κB通路中的p-IκBa、p-p65的蛋白水平升高;IL-1β的这些作用均可以被Sal以剂量依赖的形式抑制。2.Sal浓度≤200μM时,对小鼠BMMs活性无明显影响;同时,RANKL能够诱导BMMs向破骨细胞分化及F-actin的形成;在基因和蛋白水平上,RANKL可以诱导破骨细胞相关标记基因C-FOS、NFATC1、DC-STAMP、CTSK等的表达及相关蛋白C-FOS、NFATC1、CTSK等表达;并且RANKL诱导BMMs向破骨细胞分化,可以使得NF-κB通路中的p-IκBa、p-p65的蛋白水平升高;RANKL的这些作用均可以被Sal以剂量依赖的形式抑制。3.动物实验中,与Sham组相比,ACLT组小鼠膝关节切片H&E染色可以发现透明软骨消失,钙化软骨明显增多,小鼠膝关节切片SO染色可见蛋白多糖明显减少,细胞排列紊乱,软骨基质SO着色浅,潮线不完整甚至消失;Low组小鼠经过Sal腹腔注射后,膝关节软骨情况较ACLT组好转;High组中膝关节软骨情况接近Sham组,并且OARSI评分结果也显示出同样的趋势。TRAP染色显示:与Sham组相比,ACLT组的小鼠膝关节软骨下骨中破骨细胞明显增多,软骨下骨破坏严重,骨小梁稀疏;而Low组小鼠较ACLT组好转,High组又优于Low组。结论:1.在体外实验过程中,安全浓度范围内的Sal(10μM、20μM、50μM)能够以剂量依赖的形式抑制NF-κB信号通路,表现出对IL-1β刺激的软骨细胞较好的保护作用,同时具有抑制由RANKL诱导的BMMs向破骨细胞分化的作用,并且抑制破骨细胞的功能。2.在体内实验过程中,Sal(10mg/kg、20mg/kg)也表现出抑制软骨退变作用、抑制软骨下骨中破骨细胞活化和抑制软骨下骨重塑的作用,并且高剂量药物组的抑制作用强于低剂量药物组,这些都表明Sal能够保护OA小鼠的软骨及软骨下骨。
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