丹参-葛根水提物抑制破骨细胞分化改善去卵巢大鼠骨质疏松症

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目的:骨质疏松症是一种全身进行性的骨骼疾病,研究认为破骨细胞(Osteoclast,OC)成熟分化导致的骨吸收过度是骨质疏松的主要原因,因此OC是治疗骨质疏松症的重要靶细胞。经典药对丹参-葛根(Salvia miltiorrhiza Bunge-Radix Puerariae,DG)具有多种生物活性,其在骨骼疾病中的作用尚未见报道。本文旨在探讨DG对骨质疏松症的作用及相关机制。方法:(1)网络药理学分析DG的关联疾病与靶点信息。(2)体内实验中,SPF级健康SD大鼠随机分为假手术(sham)组、模型(vehicle)组、DG低剂量组、DG高剂量组共4组,每组10只。大鼠称重后麻醉,sham组不摘除卵巢,其余各组做卵巢切除术(Ovariectomy,OVX),建立去卵巢大鼠骨质疏松症模型,手术后第二天灌胃给药,每天一次持续8周。sham组和vehicle组予生理盐水,DG低剂量和高剂量组分别以50 mg/kg和200 mg/kg浓度给药。实验结束后,取左侧股骨进行H&E、Masson染色,观察骨坏死程度及骨胶原流失情况,进行TRAP染色及免疫组化实验观察OC的分化。采集右侧股骨进行Micro-CT检查,观察各组骨密度、骨小梁微结构。取大鼠血清,用生化试剂盒检测OC分化特征因子核因子κB配体受体激活因子(Receptor activator of NF-κB ligand,RANKL)、骨保护素(Osteoprotegerin,OPG)以及成骨细胞(Osteoblast,OB)分化特征因子碱性磷酸酶(Alkaline phosphatase,ALP)的水平,同时检测肾功能损伤指标血尿素氮(Blood urea nitrogen,BUN)、肌酐水平。采集大鼠肾脏进行H&E染色检测大鼠肾损伤程度。(3)体外实验中,首先用MTT法筛选出DG给药的最适浓度。其次,用DG最佳给药浓度预处理后,RANKL诱导RAW264.7细胞向OC分化,TRAP染色检测OC分化程度,Western Blot检测OC分化因子c-Fos、NFATc1、自噬相关蛋白LC3B-Ⅱ/Ⅰ、p62、Beclin-1以及NF-κB的表达,MDC染色检测自噬的发生。流式细胞术检测细胞中ROS及Ca2+水平,从而判断DG是否减轻氧化应激。结果:(1)网络药理学分析结果显示,DG与炎性疾病以及代谢性疾病密切相关,NF-κB是其重要的靶点,推测DG对于骨质疏松症具有潜在的防治作用。(2)体内实验中,H&E、Masson染色结果显示vehicle组大鼠股骨坏死、软骨胶原流失,Micro-CT结果显示vehicle组大鼠骨微结构恶化、骨密度降低,免疫组化显示vehicle组骨组织中OC分化特征性蛋白组织蛋白酶K(Cathepsin K,CTSK)、NFATc1的表达升高,TARP染色显示vehicle组TARP阳性OC数量增加,而DG给药组上述现象均明显改善,初步表明DG对OC分化起抑制作用,能够改善骨质疏松。生化检测结果显示,相比于vehicle组,DG给药组血清中RANKL、ALP释放水平降低,OPG释放水平升高(p<0.05),进一步证明DG能够抑制大鼠OC的分化。与vehicle组比较,DG给药显著降低了血清中BUN、肌酐水平(p<0.05),且明显改善vehicle组中肾小球萎缩的现象,表明DG能够改善骨质疏松继发性肾损伤。(3)体外实验中,根据MTT筛选结果,选择25μg/m L、50μg/m L作为后续实验浓度。TRAP结果显示,DG显著抑制RANKL诱导的OC分化(p<0.001)。Western Blot结果表明,DG浓度依赖性的降低了OC分化特征性蛋白c-Fos、NFATc1的表达(p<0.01),证实了体内实验中对于DG抑制OC分化的推论。此外,MDC染色结果证明RANKL诱导自噬的发生,而DG预处理后,自噬蛋白Beclin-1、LC3B-Ⅱ/Ⅰ的表达显著降低(p<0.001),p62的表达显著升高(p<0.001),表明DG通过抑制自噬调控OC分化。流式细胞术结果显示,DG明显减少RANKL诱导的ROS产生(p<0.001),降低Ca2+浓度(p<0.01),减轻氧化应激。此外,Western Blot证明DG还显著抑制NF-κB的磷酸化(p<0.001),提示NF-κB通路参与了DG抑制OC分化的过程。结论:DG通过抑制OC的分化改善去卵巢大鼠的骨质疏松症,其机制与DG调节自噬、氧化应激相关,并可能通过NF-κB相关信号通路发挥作用。本研究为DG治疗骨质疏松症提供了客观依据,值得进一步研究。
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