Wnt信号通路在骨质疏松小鼠脂肪干细胞成骨分化中的作用

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第一部分:骨质疏松小鼠模型的建立目的:建立骨质疏松症(osteoporosis,OP)小鼠模型,为后续研究提供疾病动物模型。方法:选取4周龄C57BL/6雌性小鼠60只并按入组体重对其进行编号,采用计算机随机法将其分为实验组(40只)和对照组(20只)。实验组行双侧卵巢切除术,建立去势组(OVX组);对照组切除双侧卵巢附近与卵巢质量接近的脂肪组织,建立假手术组(Sham组)。术后6周,采用信封随机法分别从OVX组和Sham组中选取3只小鼠处死并获取其双侧股骨和胫骨标本,选用Micro-CT扫描观测小鼠胫骨近心端平均骨密度及骨小梁数目等指标,通过HE和Masson染色观察小鼠胫骨近心端的骨小梁数目和结构。对比分析OVX组和Sham组小鼠骨标本的Micro-CT扫描结果和组织切片表现来评判OP小鼠模型是否建立成功。结果:术后所有小鼠均存活,未出现术区感染或其它并发症。Micro-CT扫描显示:OVX组小鼠胫骨近心端的BMD、TV/BV及Tb.N均低于Sham组(P<0.05);组织切片染色提示:OVX组小鼠胫骨近心端骨小梁数目较Sham组减少,且骨小梁结构紊乱。结论:切除小鼠双侧卵巢可使其出现明显骨吸收,导致骨小梁结构变得疏松和紊乱。OVX是建立OP动物有效的方法,能为本实验的后续研究提供稳定可靠的OP小鼠模型。第二部分:OP-ASCs与ASCs中Wnt信号通路差异表达基因的筛选目的:比较OP小鼠与正常小鼠脂肪组织及体外培养的OP-ASCs与ASCs中Wnt信号通路差异表达的基因和蛋白,比较OP-ASCs与ASCs的成骨潜能,探寻其表达差异明显的Wnt相关基因,为下一步探讨Wnt信号通路与OP-ASCs成骨能力的关系提供基础。方法:在OP小鼠模型建立成功后,利用信封随机法分别从OVX组和Sham组选取小鼠3只,分别取右侧腹股沟脂肪组织用于提取mRNA样本和取左侧腹股沟脂肪用于提取蛋白样本,利用qPCR和WB技术检测OVX组和Sham组脂肪组织中Wnt相关基因/蛋白(β-Catenin和Gsk-3β)的表达水平。利用信封随机法分别从OVX组和Sham组选取小鼠30只和12只,取双侧腹股沟脂肪组织,采用组织块法分别进行ASCs和OP-ASCs的原代提取并传代培养。取P3 OP-ASCs进行成骨诱导,探讨成骨相关基因与诱导时间的关系,筛选出合适的诱导时间。取P3 ASCs和OP-ASCs使用成骨诱导液培养,比较ASCs和OP-ASCs的成骨能力。取P3 ASCs和OP-ASCs行Wnt信号通路基因芯片检测,筛选出差异明显的Wnt相关基因,并利用qPCR和WB技术对筛选结果进行验证。结果:P3 OP-ASCs使用成骨诱导液培养1、3、5天后,qPCR结果提示:成骨相关基因(ALP和Runx2)在第3天和第5天均高于诱导前(P<0.05),且在第3天和第5天的表达差异无统计学意义。P3 ASCs和OP-ASCs使用成骨诱导液培养3天后,qPCR检测显示:ALP、Runx2和OPN在ASCs中的表达均高于在OP-ASCs中的表达(P<0.05)。基因芯片检测提示:Wnt5a、Fzd6、Axin2等多个基因在ASCs和OP-ASCs中表达差异显著(P<0.05),其中Wnt5a和Fzd6的表达差异得到了qPCR和WB结果的验证。结论:Wnt信号通路在OP小鼠中的表达较在正常小鼠中的表达降低,这可能是造成OVX小鼠发生骨质疏松的原因之一。OP-ASCs成骨分化潜能较正常ASCs低,Wnt5a和Fzd6两种Wnt信号分子可能在该变化中起到了重要作用。第三部分:LiCl激活、DKK-1抑制Wnt信号通路对OP-ASCs成骨分化的影响目的:探究Wnt信号通路在OP-ASCs成骨分化中的作用,为提高OP-ASCs的成骨分化潜能寻找可行的方法。方法:在第二部分的基础上,取P3OP-ASCs为研究对象,选LiCl和小鼠重组DKK-1对OP-ASCs内Wnt信号通路表达水平进行调节,采用qPCR和WB技术检测Wnt相关因子的变化情况。取P3 OP-ASCs,在使用LiCl和DKK-1调节Wnt信号通路的同时对其进行成骨诱导,采用qPCR、WB和免疫荧光染色技术检测Wnt和成骨相关基因和蛋白的表达,采用碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)染色和茜素红(alizarin red,ALR)染色观察成骨相关情况。结果:LiCl处理3天后,qPCR和WB显示:Wnt相关因子β-Catenin和Fzd6表达增高(P<0.05)而Gsk-3β和Wnt5a表达降低(P<0.05)。LiCl和成骨诱导液共同处理3天后,qPCR显示:成骨相关基因(ALP、Runx2和OPN)表达较对照组增高(P<0.05),WB显示:成骨相关蛋白(Runx2和OPN)表达较对照组增高(P<0.05),免疫荧光显示:Wnt相关蛋白β-Catenin和成骨相关蛋白Runx2表达增高。LiCl和成骨诱导液共同处理7天和21天后后,ALP染色和ALR染色均提示:成骨相关特征较对照组明显。结论:LiCl可通过激活Wnt信号通路来逆转OP-ASCs被抑制的成骨分化潜能。Fzd6和Wnt5a在OP-ASCs成骨分化的过程中发生了相应的变化,可能是恢复或促进OP-ASCs成骨分化能力的关键因子,但其具体作用机制可进行深入的探讨。
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