目的:骨质疏松症是一种慢性、系统性骨骼疾病,其特征是骨量减低和骨微结构破坏,表现为骨脆性增加,因而骨折的风险增加。骨质疏松症作为一种代谢性骨骼疾病,影响着全世界数以亿计人的健康。据估计到2050年,仅中国的骨质疏松人口就将增加至2.12亿。既往研究表明,骨质疏松症与许多因素有关,包括年龄、性别、种族、遗传、生殖状况、低钙摄入和运动等。近年来,铁超载引起骨质疏松的观点逐渐引起我们的注意。铁是人体必需的微量元素,铁代谢的稳态对维持人体正常的生理活动至关重要。铁元素在体内参与造血,并形成血红蛋白、肌红蛋白,参与氧的运输与贮存;同时参与许多酶促反应,包括DNA生物合成和ATP的产生。铁元素缺乏会导致缺铁性贫血,造成人体内各细胞、组织供氧不足。因此,维持体内充足的铁供应很有必要,但是,铁超载同样可以带来很多危害。过量的铁可沉积在肝脏、心脏、胰腺、中枢神经系统和骨髓中,过量的铁沉积在骨髓可以导致骨量减少甚至骨质疏松。铁超载所致骨代谢紊乱可发生在遗传性血色素沉着症,地中海贫血和镰状细胞病等血液系统疾病中,此外,铁超载引起的骨代谢紊乱在绝经后健康女性中同样普遍存在。最近的研究表明,铁超载是骨质疏松症的独立危险因素。骨代谢稳态的维持需要成骨细胞骨形成和破骨细胞骨吸收之间的平衡,成骨细胞和破骨细胞之间的失衡会导致骨骼代谢紊乱。研究表明,铁超载可诱导成骨细胞凋亡并使其活性下降。铁超载会通过Fenton反应和Haber–Weiss反应生成羟基自由基等活性氧产物,活性氧的释放超过细胞的抗氧化能力,导致氧化应激,可破坏细胞内DNA、蛋白质和脂质,造成细胞损伤。然而,铁超载引起成骨细胞凋亡的机制,以及活性氧与凋亡的相互关系仍需进一步探索。文章第一部分研究铁超载诱导成骨细胞凋亡,并探讨活性氧在其过程中的作用。自噬是一个进化上高度保守的过程,也被称为II型程序性细胞死亡。自噬的特征是形成称为自噬体的双层膜囊泡,该囊泡包裹住细胞器,然后将其转运至溶酶体进行蛋白水解。自噬可以消除潜在危险的细胞器,并在维持细胞内稳态中起重要作用。然而,自噬、凋亡与活性氧之间的相互关系错综复杂,自噬在细胞凋亡中所起的作用存在很大争议。文章第二部分研究探讨细胞内源性自噬对铁超载诱导的活性氧水平升高和凋亡的影响。内源性自噬对铁超载诱导的成骨细胞凋亡保护能力有限,我们希望通过研究发现一种能够对抗铁超载的药物,并对其发挥作用的分子机制进行探索。红景天苷是草本植物红景天的块根、块茎提取物,是具有抗氧化能力的中国传统中草药。文章第三部分研究其在铁超载诱导的活性氧水平升高和细胞凋亡中的作用,并探讨Nrf2/HO-1通路在铁超载诱导成骨细胞凋亡中的作用。研究方法:培养MC3T3-E1成骨细胞系。枸橼酸铁（FAC）被用作铁供体诱导成骨细胞铁超载模型。梯度浓度FAC（0,100,200,400,800,1600μM）处理成骨细胞24或48小时,CCK-8检测细胞活性。梯度浓度FAC（0,400,800,1600μM）处理成骨细胞48小时,Hoechst染色、Annexin V/PI染色流式细胞学检测成骨细胞凋亡情况,Western blot检测凋亡相关蛋白表达情况。后续应用活性氧清除剂NAC将实验分成四组:（1）对照组;（2）FAC单独处理组;（3）NAC单独处理组;（4）FAC合并NAC共同处理组。DCFH-DA染色流式细胞学检测细胞内活性氧水平,Western blot检测氧化应激相关蛋白表达情况;流式细胞学及Western blot检测凋亡及凋亡相关蛋白表达情况;CCK-8检测细胞活性。梯度浓度FAC（0,400,800,1600μM）处理成骨细胞48小时,Western blot检测自噬相关蛋白表达情况,免疫荧光检测LC3蛋白表达情况。后续应用自噬抑制剂氯喹（CQ）将实验分成四组:（1）对照组;（2）FAC单独处理组;（3）CQ单独处理组;（4）FAC合并CQ共同处理组。Western blot检测自噬流;DCFH-DA染色流式细胞学检测细胞内活性氧水平,Western blot检测氧化应激相关蛋白表达情况;流式细胞学及Western blot检测凋亡及凋亡相关蛋白表达情况;CCK-8检测细胞活性。梯度浓度Sal（红景天苷）（0,0.1,1,10μM）处理成骨细胞24小时,CCK-8检测细胞活性。后续将实验分成四组:（1）对照组;（2）FAC单独处理组;（3）Sal单独处理组;（4）FAC合并Sal共同处理组。CCK-8检测细胞活性;流式细胞学检测凋亡;MDA及GSH试剂盒检测氧化应激水平;Western blot检测Nrf2/HO-1通路相关蛋白的表达情况。进一步应用Nrf2/HO-1通路抑制剂ML385检测通路相关蛋白表达情况及细胞活性。结果:1、铁超载通过增加细胞内活性氧水平,诱导成骨细胞凋亡。FAC被用作铁供体诱导成骨细胞铁超载模型。用不同浓度的FAC处理MC3T3-E1细胞,与对照组相比,FAC处理组成骨细胞活性下降;凋亡率增加,凋亡相关蛋白表达量增加;细胞内活性氧水平升高,氧化应激相关蛋白表达量增加。应用活性氧清除剂NAC和FAC共同作用,与FAC单独处理组相比,升高的活性氧水平下降,氧化应激相关蛋白表达量下降;凋亡率下降,凋亡相关蛋白表达量下降;细胞活性升高。2、铁超载诱导成骨细胞自噬,抑制自噬增加细胞内活性氧水平,加剧成骨细胞凋亡。用不同浓度的FAC处理MC3T3-E1细胞,自噬相关蛋白表达量增加。应用自噬抑制剂CQ和FAC共同作用,与FAC单独处理组相比,细胞内活性氧水平升高,氧化应激相关蛋白表达增加;凋亡率升高,凋亡相关蛋白表达量增加;细胞活性下降。3、红景天苷缓解铁超载诱导的成骨细胞凋亡。应用红景天苷和FAC共同作用,与FAC单独处理组相比,成骨细胞凋亡率下降。4、红景天苷通过激活Nrf2/HO-1通路缓解铁超载对成骨细胞的作用。Western blot结果显示,FAC抑制Nrf2和HO-1蛋白表达,应用红景天苷后,Nrf2和HO-1蛋白表达量增加。FAC诱导成骨细胞活性下降,应用红景天苷后细胞活性升高,而这种升高可被Nrf2/HO-1通路抑制剂ML385所抑制。结论:1、铁超载通过增加细胞内活性氧水平,诱导成骨细胞凋亡。2、铁超载诱导成骨细胞自噬,抑制自噬增加细胞内活性氧水平,加剧成骨细胞凋亡。3、红景天苷缓解铁超载诱导的成骨细胞凋亡。4、铁超载抑制活性氧介导的Nrf2/HO-1通路。5、红景天苷通过激活Nrf2/HO-1通路缓解铁超载对成骨细胞的作用。