晚期氧化蛋白产物影响骨细胞硬骨素表达参与增龄性骨量丢失的作用与机制

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研究背景晚期氧化蛋白产物(Advanced Oxidation Protein Products,AOPPs)是蛋白质在氧化应激(Oxidative Stress,OS)状态下形成的一类富含双酪氨酸的蛋白交联物。它们不仅是OS的后果,也是一类重要的致病介质,参与多种疾病的发生、发展。AOPPs与骨质疏松关系密切。随着年龄的增加,人体内AOPPs蓄积。前期研究证实:AOPPs干预的老年大鼠骨量丢失、骨质退化速度加快,但其机制不清楚。硬骨素(sclerostin)是一种主要由骨细胞分泌的糖蛋白,能特异性阻断Wnt/β-catenin通路,对成骨细胞、破骨细胞均能产生明显影响,其在抑制骨形成的同时促进骨吸收,具有显著的负性骨调节作用。我们的前期研究显示,AOPPs干预的老年大鼠成骨活性降低,破骨活性升高,这提示AOPPs的促骨丢失效应可能与sclerostin的作用有关。此外,人体内血浆sclerostin浓度随年龄增加而升高。因此,本研究进一步假设:AOPPs可能通过影响骨细胞sclerostin表达参与增龄性骨量丢失。材料方法先行AOPPs干预实验,12月龄雄性C57BL/6小鼠,分别给予PBS、50mg/kg.d的血清白蛋白(BSA)、50mg/kg.d及100mg/kg.d的AOPPs-BSA进行干预,持续干预16周,分析AOPPs对老年小鼠骨密度、骨微结构、骨代谢水平,骨组织内sclerostin、Sirt1表达及氧化应激水平的影响;再以骨细胞系MLO-Y4细胞为模型,观察AOPPs对骨细胞sclerostin表达的影响并研究其机制;最后进行药物阻断实验,老年小鼠在给予100mg/kg.d的AOPPs-BSA干预的同时,分别给予100 mg/kg/d 的 apocynin(NADPH 氧化酶抑制剂),100mg/kg/d 的 NAC(ROS 清除剂)及50mg/kg.d的SRT3025(Sirt1激动剂)进行共刺激,观察各组小鼠骨密度、骨微结构及sclerostin表达的差异。结果50mg/kg.d的AOPPs-BSA可显著降低老年小鼠L4椎体骨密度,当干预剂量提高至100mg/kg.d时,这一作用更显著;AOPPs对小鼠胫骨骨密度无明显影响。AOPPs干预的老年小鼠L4椎体及胫骨近端BV/TV、Tb.Th、Tb.N明显降低,而Tb.Sp明显升高;AOPPs干预组小鼠血清I型前胶原氨基端前肽水平降低,而I型胶原羧基端交联肽水平升高;相应的,其胫骨内层骨膜周围单位骨面积内成骨细胞数目减少而破骨细胞面积增加。AOPPs也明显提高胫骨骨组织内sostmRNA及sclerostin蛋白水平,而AOPPs干预的小鼠骨组织内Sirt1 mRNA及Sirt1蛋白水平降低。AOPPs干预组小鼠血浆AOPPs浓度及骨组织内丙二醛浓度升高,而总超氧化物歧化酶活性降低。体外实验表明,AOPPs可提高MLO-Y4细胞sclerostin蛋白表达;AOPPs通过激活NADPH氧化酶,产生大量ROS,造成细胞内OS,使Sirt1蛋白表达减少,从而提高MLO-Y4细胞sclerostin蛋白表达水平。体内阻断实验显示,相对于AOPPs单独干预组,联合应用apocynin、NAC、SRT3025干预组小鼠胫骨骨组织内sost mRNA及sclerostin蛋白水平均下调,L4椎体骨密度升高,L4椎体及胫骨近端骨小梁微观结构退化程度得到改善。结论AOPPs通过NADPH氧化酶依赖的ROS生成,造成细胞内OS,使骨细胞内Sirt1合成减少,从而上调sclerostin蛋白表达,抑制骨形成而促进骨吸收,诱导增龄性骨量丢失。
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