从SDF-1/CXCR4轴探讨补肾方干预骨质疏松性骨折的作用及其机制研究

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目的:通过观察补肾中药影响SDF-1/CXCR4轴促使间充质干细胞的迁移变化,探讨补肾中药在骨质疏松性骨折愈合中的机制。方法:SPF级雌性4月龄C57BL/6J小鼠,192只,适应性喂养1周,称量体重后,根据区间分组法分为基线组和实验组:基线组12只(6只切卵、6只假切卵);实验组5组,每组各36只,即组1:SHAM组(普通骨折组),经假切卵加骨折两阶段造模后,予生理盐水灌胃干预;组2:OVX组(骨质疏松性骨折组),经切卵加骨折两阶段造模后,予生理盐水灌胃干预;组3:MG组(补肾方组),经切卵加骨折两阶段造模后,予补肾方(密骨胶囊)灌胃干预;组4:YY组(养阴组),经切卵加骨折两阶段造模后,予养肾阴中药灌胃干预;组5:WY组(温阳组),经切卵加骨折两阶段造模后,予温肾阳中药灌胃干预。除假切卵手术仅切除卵巢周围少量周围组织外,其余均采用双侧卵巢切除骨质疏松动物模型手术。小鼠卵巢去势(OVX)术4周后,再行股骨骨折髓内针固定手术实验,模拟骨质疏松性骨折模型,从骨折当天开始各组分别予生理盐水、补肾方及拆方(养肾阴中药、温肾阳中药)灌胃。补肾方:又名密骨胶囊(沪药制字Z04100615),组成:淫羊藿、骨碎补、肉苁蓉、首乌、石斛、黄芪、菊花;温肾阳中药:淫羊藿、肉苁蓉、骨碎补;养肾阴:首乌、石斛。按照体表面积法成人日口服剂量折算等效动物给药剂量,从骨折造模当天开始,各组小鼠按不同干预要求连续灌胃,并通过各时间节点取材分别进行酶联免疫吸附测定法(ELISA检测)、子宫称重、X线检测、Micro computed tomography(Micro-CT)扫描、生物力学检测、病理石蜡切片染色、免疫组织化学检测、流式细胞检测、实时荧光定量聚合酶链式反应(real-time PCR)、免疫蛋白印迹(Western-blot)等方法来探讨与验证补肾中药影响SDF-1/CXCR4轴促进间充质干细胞在骨损处的迁移从而影响骨修复。以上所有数据用SPSS17.0统计软件包处理。结果:1.小鼠双侧卵巢去势(OVX)术后4周,血清雌二醇E2显著低于假切卵组小鼠(P<0.05),血清雌激素水平明显下降;可见子宫大小严重萎缩,子宫湿重明显低于假切组(P<0.05),F值=7.881,以上结果说明小鼠去卵巢骨质疏松模型手术成功。X线显示骨折线位于小鼠股骨中点,髓内针内固定,骨折线明显,经假切卵加骨折造模处理完成骨质疏松性骨折模型。2.股骨的生物力学检测可以获得骨愈合阶段的骨强度信息,反映骨折愈合的质量。在骨折造模术后第28天、42天,SHAM组的股骨生物力学性能都优于OVX组;而补肾干预后,MG组、YY组、WY组的股骨生物力学性能较OVX组有改善,且MG组的改善更为显著,提示补肾方改善绝经后骨质疏松性骨折的骨痂生物力学强度优于另两个拆方组。3.Micro-CT扫描获得的骨微结构指标,从骨折后第14天到42天,全部标本骨密度、骨小梁厚度,骨小梁数量、骨体积分数总体上呈增长趋势,骨小梁间距呈减少趋势,呈现了骨折后骨阶段愈合过程。研究显示:在同时间点,OVX组骨愈合较SHAM组愈合迟缓,但是没有骨不连的发生;而经补肾中药干预后,MG组、YY组、WY组在micro CT检测中骨密度、骨小梁厚度,骨小梁数量、骨体积分数等较OVX模型组为优,提示补肾方及拆方组对骨质疏松性骨折愈合具有积极的作用,其中补肾方改善绝经后骨质疏松性骨折的骨痂骨愈合质量度优于另两个拆方组。病理染色也同样证明以上论点。4.流式细胞检测结果显示,各组小鼠骨髓内MSCs及CXCR4+MSCs的数量在骨折后第3天呈上升趋势,而第7天呈现回落。而补肾中药干预后,MG组、YY组、WY组骨髓内MSCs与CXCR4+MSCs的数量均较OVX组有上升趋势,且MG组的上升最为明显,但是统计校验未见显著差异。实验组动物外周循环内MSCs及CXCR4+MSCs的数量在骨折后第3天、7天呈上升趋势,滞后于骨髓内的增长。补肾中药干预后,MG组、YY组、WY组循环内MSCs的数量均较OVX组有上升趋势,但是经统计校验未见显著差异;MG组、YY组、WY组循环内CXCR4+MSCs的数量较OVX组未见显著的改变。提示补肾中药干预对于骨髓内MSCs动员出髓具有一定效应,但是对于CXCR4+MSCs动员未见特异性的作用。5.骨痂SDF-1的real-time PCR检测及Western-blot检测显示,在骨折后第3天时,OVX组的SDF-1蛋白表达水平较空白对照组显著降低,而mRNA的水平同样呈现降低;但是在第7天、14天OVX组SDF-1蛋白表达水平与对照组未见明显差异,而mRNA的水平的差异仍存在。补肾中药干预后,在骨折后第3天时,各干预组骨痂SDF-1组的蛋白表达量均较OVX组显著升高,但是在第7、14天时,组间未见显著差异;在mRNA表达水平观察时,在骨折后第3、7、14天时,补肾中药干预组均较后较OVX组显著升高,且MG组呈现较为明显的优势。在免疫组织化学半定量结果与Western-blot的结果较为一致。6.血清SDF-1的ELISA检测显示,切卵小鼠骨折后的血清SDF-1水平较SHAM组呈现下降趋势。而补肾中药干预后MG组、YY组、WY组均有上升趋势,且MG组较为明显,但是在组间比较时统计校验未见显著差异。结论:补肾中药(补肾方)及其拆方(养肾阴、温肾阳拆方)能改善实验小鼠骨质疏松性骨折愈合的质量,且研究所见补肾方更具有优势;结果提示可能与其促进骨痂内SDF-1表达从而促使循环MSCs到达骨损伤部位有关,同时也可能对于骨髓内MSCs动员进入循环的环节具有促进作用,但是补肾中药对于CXCR4阳性MSCs的动员未见特异性的作用。
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