Notch与p38MAPK信号通路联合抑制在关节软骨缺损修复中的作用及机制

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背景:关节软骨缺损所致骨关节炎是中老年人残疾的主要原因之一,如何促进软骨修复是目前亟待解决的难题。既往研究表明,软骨修复是多信号通路网络协同作用的结果,Notch与p38MAPK作为重要的信号通路参与其中。研究发现,单纯抑制Notch信号通路或p38MAPK信号通路可促进软骨细胞分化,但未见两条通路联合调控的报道。目的:探索Notch和p38MAPK信号通路联合调控在关节软骨缺损修复中的作用及机制。方法:选取健康成年雄性兔24只,重量1.5~2.0 kg,按随机数字表分为对照组、软骨缺损组和联合抑制组,每组共8只。对照组即为健康组,不构建软骨缺损模型,正常饲养;软骨缺损组在兔股骨远端关节面中心钻取直径约2.5mm的孔洞,构建兔膝关节软骨缺损模型,不施加任何干预措施,使其自然愈合;联合抑制组在缺损模型之上,给予Notch信号通路抑制剂联合p38MAPK信号通路抑制剂。Notch信号通路抑制剂为γ-分泌酶抑制剂DAPT,连续一周每日腹腔注射10mg/kg;p38MAPK信号通路抑制剂为SB203580,连续3周每日腹腔注射50 mg/kg。第3周和第8周时,利用空气栓塞法处死兔,取缺损修复区软骨标本进行细胞及组织观察、软骨细胞进行体外培养并检测细胞活性。(1)体内实验:1)p38与Notch信号通路表达变化:RNA提取试剂盒提取RNA,检测p38 MAPK和Notch信号通路m RNA的表达情况;2)病理学特征:(1)大体观察:每周一次测量体重,观察并记录所有兔的精神状况、活动量;观察软骨质地、有无变性等情况,软骨缺损部位是否仍然存在间隙;(2)组织标本观察与检测:软骨组织行苏木精-伊红(HE)和Masson染色,将标本置于光学显微镜下观察软骨细胞变化情况;(3)Mankin评分系统定量评价各组的软骨修复程度;3)空骨陷窝率:光学显微镜下计算空骨陷窝率,并比较结果。(2)体外实验:采用CCK-8法检测兔关节软骨缺损后软骨细胞增殖情况。结果:(1)体内实验:1)Real-time PCR检测结果:与正常软骨组织的基因表达相比,建模3周后,软骨缺损组p38、Notch信号通路表达显著高于对照组,但p38、Notch信号通路抑制剂联合干预后,p38、Notch信号通路表达均显著降低,p<0.05;建模8周后,与软骨缺损组相比,联合抑制组的p38、Notch信号通路表达水平更趋于对照组。2)病理学特征:(1)大体观察:联合抑制组的软骨在第3周修复效果好于软骨缺损组,缺损部位填塞更为饱满,修复软骨表面更为光滑,色泽更接近于正常软骨。造模第8周后,联合抑制组较软骨缺损组相比缺损部位软骨填塞更为饱满,修复软骨与正常软骨界限模糊,但修复软骨色泽较透明,质地更硬。(2)软骨组织观察结果:联合调控后,与软骨缺损组相比,联合抑制组兔的一般情况和软骨细胞恢复情况明显改善。与软骨缺损组相比,联合抑制组骨小梁的排列较规则。相比于软骨缺损组,联合抑制组软骨细胞正常且有较少空骨陷窝。(3)Mankin评分:构建软骨缺损后,Markin评分明显高于对照组(P<0.05);建模后第3周和第8周,联合抑制组的Mankin评分均低于软骨缺损组(P<0.05)。3)空骨陷窝率:建模后第3周,空骨腔隙率显著增加,软骨缺损组较联合抑制组相比差异具有统计学意义(P<0.05)。建模后第8周,联合抑制组兔关节软骨空骨陷窝率(13.01±1.80)%,明显低于同期软骨缺损组关节软骨空骨腔隙率(19.54±1.48)%,差异有统计学意义(P<0.05)。(2)体外实验:软骨细胞增殖情况:造模后3周与8周,与对照组相比较,联合抑制组和软骨缺损组软骨细胞吸光度明显降低,吸光度分别为0.10±0.020和0.34±0.015,差异有统计学意义(p<0.05)。与软骨缺损组相比,联合抑制组的OD值明显增高,差异有统计学意义(p<0.05)。结论:联合抑制Notch、p38MAPK信号通路可改善修复软骨细胞的活性,从而改善兔关节软骨缺损的修复效果。Notch、p38MAPK信号通路的联合干预有望为未来临床上治疗软骨缺损提供新颖策略。
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