生物活性环肽D7抑制股骨头坏死环境引起的骨髓间充质干细胞成脂分化及其机制研究

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背景和目的:糖皮质激素(GCs)所导致的激素性股骨头坏死(SONFH)是长期或过量使用GCs治疗最严重的副作用,其特点是血液供应中断,软骨下骨坏死,最终股骨头塌陷,导致严重的髋关节疼痛和功能障碍。一旦确诊,如果不及时治疗,大约80%的患者会在1-5年的时间内出现股骨头塌陷。尽管全髋关节置换术(THA)是治疗终末期股骨头坏死(ONFH)最有效的的方法,但在青壮年或活跃人群中全髋关节置换术后假体的使用寿命一直是骨科医生面临的难题,这与术后假体松动,聚乙烯衬垫磨损和假体周围感染等有关。骨髓间充质干细胞(BMSCs)在股骨头缺血性坏死的病理生理过程中发挥着重要作用,由于骨髓间充质干细胞具有非凡的自我更新和多向分化能力,它代表了一种有前途的细胞治疗和再生医学方法。尽管糖皮质激素所诱导的股骨头坏死的病理机制尚不完全清楚,但可以明确的是长期使用糖皮质激素会导致骨髓间充质干细胞成骨分化和成软骨分化减少,成脂分化增加。生物活性环肽D7是一种新发现的对骨髓间充质干细胞具有特异性亲和力的环肽,但其调节成脂分化方面的功能尚不清楚。本研究使用地塞米松(DEX)刺激小鼠骨髓间充质干细胞模拟体外激素性股骨头坏死环境,观察环肽D7能否抑制小鼠骨髓间充质干细胞的成脂分化,并探究其可能的调控机制。材料和方法:1.提取小鼠胫骨及股骨BMSCs,培养至第4-6代用于研究。使用荧光细胞化学法研究D7肽对小鼠BMSCs的亲和性;使用CCK-8细胞增殖试验检测D7肽及地塞米松对小鼠BMSCs的毒性,确定D7及地塞米松浓度。2.小鼠BMSCs成脂分化培养7天后进行油红O染色(ORO staining),观察细胞内脂滴的大小和数量。提取小鼠BMSCs总蛋白和RNA,通过免疫印迹实验(Western Blot,WB)和实时荧光定量 PCR(Reverse Transcription-Quantitative Polymerase Chain Reaction,RT-qPCR)技术检测小鼠BMSCs内过氧化物酶体增殖物活化受体γ(PPARg),增强子结合蛋白α(CEBPA),脂联素(ADIPOQ)等成脂相关标志物在蛋白水平和转录水平的表达情况。3.通过网络药理学分析技术分析D7肽在ONFH中的重叠靶点,Western Blot检测ERK1/2信号通路在小鼠BMSCs中的激活情况,阻断该信号通路后,通过油红O染色和RT-qPCR技术观察其对D7肽刺激下小鼠BMSCs成脂变化情况的影响。结果:1.荧光细胞化学法显示D7肽对小鼠BMSCs具有良好的亲和力,并且D7肽主要存在于小鼠BMSCs的细胞质中。通过CCK-8细胞增殖试验获得适当浓度的DEX(10uM)来模拟SONFH条件和D7(20uM)在小鼠BMSCs中的安全剂量。2.一定浓度的DEX(10uM)能够明显增加小鼠BMSCs中脂滴的大小和数量,同时在蛋白水平和转录水平能明显增加PPARg,CEBPA,ADIPOQ等成脂关键标志物的表达。而D7肽能够显著抑制DEX诱导的成脂分化。3.网络药理学分析结果显示D7肽对小鼠BMSCs内ERK1/2 MAPK信号通路具有激活效应,WB结果进一步验证了这一效应;该信号通路的抑制剂能够阻断D7肽对小鼠BMSCs成脂分化的抑制作用。结论:环肽D7可以通过激活ERK1/2 MAPK信号通路抑制DEX诱导的小鼠BMSCs成脂分化。本研究证实环肽D7参与糖皮质激素诱导的ONFH后BMSCs的病理生理过程,并为治疗早期激素性股骨头坏死提供了潜在途径。
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