尿酸通过上调PLCβ3促进人骨髓间充质干细胞的成骨分化

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目的验证较高浓度尿酸(uric acid,UA)对人骨髓间充质干细胞(human bone mesenchymal stem cells,h BMSCs)成骨分化的促进作用,通过质谱测序和生物信息学分析,筛选UA在骨保护过程中可能上调或下调的差异表达蛋白,并进行验证,探讨UA促成骨过程中可能的机制。方法⑴取无其他基础疾病的接受椎体内固定融合术患者的骨髓,分离纯化、培养h BMSCs,选取第三代h BMSCs行进一步实验;⑵实验共分为6组,分别为对照组(加入完全培养基)和不同UA浓度成骨诱导组(加入成骨诱导培养基),后者设置UA浓度梯度为0mmol/L、0.1mmol/L、0.2mmol/L、0.4mmol/L,利用倒置显微镜观察细胞的生长状态及形态;⑶诱导成骨14天后,利用茜素红染色和碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)活性对h BMSCs的成骨分化进行鉴定;⑷制备0.1mmol/L和0.4mmol/L UA成骨诱导培养基干预的细胞样本,利用4D非标记定量(4D labelfree quantification,4D-LFQ)技术进行质谱测序;⑸获得的差异表达蛋白进一步行生物信息学分析,利用Gene Ontology功能注释及富集分析描述候选差异蛋白参与的生物进程、分子功能及细胞组分,利用Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes通路注释及富集分析描述候选差异蛋白参与的信号通路,利用热图、蛋白相互网络构建、关键基因分析及数据库搜库进一步筛选与UA骨保护作用可能相关的显著差异蛋白;⑹蛋白印迹法检测蛋白的差异表达。结果⑴通过Ficoll密度梯度离心法成功分离、培养hBMSCs,并诱导hBMSCs向成骨分化;⑵随UA浓度升高,成骨过程中形成的钙结节数量增加,其中,当UA>0.2mmol/L时差异较为显著,0.2mmol/L、0.4mmol/L尿酸组的钙结节数目分别为19.33±1.53、27.67±1.53(P<0.001);另外,细胞内ALP活性也增加,0mmol/L、0.1mmol/L、0.2mmol/L、0.4mmol/L UA组ALP活性分别为0.23±0.02金氏单位/gprot、0.33±0.01金氏单位/gprot、0.41±0.01金氏单位/gprot、0.75±0.01金氏单位/gprot(P<0.001);⑶经过质谱分析及鉴定,最终得到86个显著差异表达蛋白,经生信分析,这些可能具有表达差异的蛋白参与细胞器运输、轴突发育等生物过程,涉及结构分子、转录调节因子等功能,存在于细胞内外各组分,与血管生成、产热、自噬等信号通路有关,热图筛选认为RABEP2、AGTRAP、MAGED2、SRSF5基因编码的蛋白表达差异较大,蛋白相互网络构建及关键基因分析认为MRPL12、MRPL43、MRPL48、COG7、NDUFB3是可能的关键基因,根据蛋白质的差异表达倍数,选取PLCβ3、Col16α1、KIF11进一步分析,最终发现PLCβ3在以往研究中表现出与骨代谢的相关性,可继续进行抗体水平的验证;⑷经蛋白印迹检测,在UA促进h BMSCs成骨细胞分化的过程中,磷脂酶C家族中的PLCβ3亚型蛋白的表达增加。结论本实验验证了UA对h BMSCs成骨分化的促进作用,同时利用质谱测序、生信分析及抗体验证,发现PLCβ3在UA促进成骨分化过程中高表达,是UA促成骨的可能靶点。
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