刺甘草查尔酮抑制破骨细胞分化预防骨丟失的机制研究

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背景和目的:骨质疏松症作为一种全身退化性的骨骼疾病,其特征为全身骨量降低和骨小梁微结构薄弱化,使受影响的患者易于发生脆性骨折。虽然目前的抗骨质疏松药物可显著减少骨折的发生,但部分患者仍具有严重的副作用(颌骨坏死、非典型股骨骨折),从而限制了抗骨质疏松药物的长期使用。在开发高度安全的抗骨质疏松新型药物中,天然产物发挥着至关重要的作用,且一直被认为是新疗法的潜在候选物。而刺甘草查尔酮(Echinatin,Ecn)作为一种常用中药甘草的化学活性提取物,具有抗氧化、心血管保护、抗炎症和抗癌的药理作用。但其对破骨细胞分化、吸收功能以及骨破坏的作用未见报道。因此本研究旨在探讨刺甘草查尔酮对RANKL诱导破骨细胞分化,骨吸收功能的影响及其相关分子机制,以及在体内是否对卵巢缺失小鼠的骨丢失具有预防作用。为开发新型抑制破骨细胞的天然药物提供研究基础。方法:1.体外细胞实验:为验证刺甘草查尔酮在体外对RANKL诱导的破骨细胞形成和骨吸收功能以及相关通路的影响。首先,我们用CCK-8检测试剂盒来验证48h内不同浓度刺甘草查尔酮对骨髓单核巨噬细胞增殖活性的影响以排除刺甘草查尔酮对破骨前体细胞的毒性作用。然后,我们用RANKL和M-CSF刺激BMMs向破骨细胞分化,并用不同浓度的刺甘草查尔酮进行干预,通过抗酒石酸酸性磷酶染色(TRAP staining)和罗丹明-鬼笔环肽染色观察破骨细胞的形成数量(细胞核≥3个的TRAP阳性细胞数)和F-actin环的形态来验证刺甘草查尔酮对RANKL诱导的成熟破骨细胞形成的影响。为验证刺甘草查尔酮在破骨细胞骨吸收功能上的作用,我们在骨片上培养破骨细胞,用不同浓度的刺甘草查尔酮进行干预,通过扫描电子显微镜(SEM)观察骨片表面吸收坑并统计吸收坑面积比以评估不同浓度药物对破骨细胞吸收功能的影响。为进一步验证刺甘草查尔酮影响破骨细胞形成和吸收功能的分子机制,我们用不同浓度刺甘草查尔酮干预RANKL诱导的破骨细胞分化,并通过实时定量PCR技术测定破骨细胞相关基因的表达水平和Western-blot实验检测刺甘草查尔酮对RANKL诱导的破骨细胞分化相关信号通路的影响(如:MAPK信号通路、NF-κB信号通路以及AKT/GSK3β-c-Fos-NFATc1信号通路等)。2.体内实验:为了验证刺甘草查尔酮对卵巢缺失小鼠(OVX小鼠)骨量丢失的影响及其代谢毒性。我们将28只10周龄雌性小鼠随机分为4组:sham+vehicle组,OVX+vehicl组,OVX+Ecn(5 mg/kg)组,OVX+Ecn(10 mg/kg)组,经刺甘草查尔酮六周的干预治疗后,小鼠股骨进行Micro-CT扫描和组织病理切片分析相关骨组织参数。心、肝、脾等主要脏器则通HE病理切片分析药物在小鼠体内的代谢毒性。结果:1.体外实验:刺甘草查尔酮对破骨前体细胞的增殖没有毒性作用并且可显著抑制RANKL诱导的破骨细胞生成和骨吸收功能。2.刺甘草查尔酮可降低RANKL诱导的MAPK信号通路ERK的磷酸化和AKT/GSK3β-c-Fos-NTATc1通路的活化以及破骨细胞分化相关基因的表达。3.体内实验:刺甘草查尔酮通过抑制骨小梁破骨细胞数量对卵巢缺失小鼠的骨量丢失、骨密度降低和骨小梁破坏具有预防作用且无代谢毒性。结论:刺甘草查尔酮可通过下调RANKL诱导的MAPK信号通路ERK的磷酸化和AKT/GSK3β-c-Fos-NTATc1通路的活化抑制破骨细胞的生成和骨吸收功能以及防止卵巢缺失小鼠的骨丢失。刺甘草查尔酮可作为治疗破骨细胞相关溶骨性疾病的新型天然破骨细胞抑制剂。
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