自噬在兔部分损伤前交叉韧带和内侧副韧带中的差异

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目的:前交叉韧带(anterior cruciate ligament,ACL)和内侧副韧带(medial collateral ligament,MCL)在维持膝关节的静态、动态稳定性以及使人体完成各种复杂和高难度的下肢动作中起重要作用,90%的膝关节韧带损伤涉及ACL或MCL,ACL损伤是复发性膝关节不稳定的主要原因,并可能导致膝关节其他结构的继发性损伤。ACL损伤后的自愈反应极差,相反,同一膝关节损伤的MCL具有更好的自愈能力。目前,关于ACL损伤的临床治疗手段主要是人工修复或重建,但术后ACL仍不能较好地恢复其正常的生物学功能,甚至部分患者会出现关节僵硬、骨关节炎等术后并发症,严重影响患者的生活质量,ACL损伤后内源性修复障碍已成为现代运动医学和关节外科亟待解决的重要课题。现有研究表明,ACL损伤后存在自愈潜能,学者在对膝关节疾病的研究中发现,正常的自噬活动可以通过修复软骨细胞的损伤、防止软骨基质降解以及抑制软骨细胞的衰老和凋亡等以保护关节软骨细胞,在关节老化、骨关节炎和类风湿关节炎等过程中具有重要作用,近年来,也有越来越多的研究显示自噬可能通过直接或间接的方式参与组织损伤的修复,自噬的调节作为一种组织损伤修复的方法具有相当大的潜力。因此,本研究拟通过建立兔ACL、MCL部分损伤模型,确定兔ACL及MCL部分损伤后自噬的存在并观察二者损伤后不同时间点细胞自噬的变化,探索ACL及MCL部分损伤与自噬现象的关系,并通过分析自噬在兔ACL及MCL损伤后的差异,以探讨ACL和MCL之间愈合能力的差异是否可能与自噬有关。研究方法:(1)6只3月龄健康雄性新西兰大白兔随机选取3只作为对照组,其余3只兔制备ACL、MCL部分损伤模型,均于造模后1周取材,使用高通量测序技术检测兔正常和部分损伤后ACL和MCL中长链非编码RNA(long noncoding RNA,lnc RNA)和m RNA的表达。基因本体论(Gene Ontology,GO)、京都基因与基因组百科全书(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,KEGG)和基因富集分析(Gene Set Enrichment Analysis,GSEA)用于探索差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs)和差异表达lnc RNA(differentially expressed lnc RNAs,DELs)的潜在生物学功能和作用途径。使用RT-q PCR技术对DEGs和DELs进行随机验证。(2)18只3月龄健康雄性新西兰大白兔随机选取3只作为对照组,对照组于造模前一天取材。其余15只兔制备ACL、MCL部分损伤模型,然后随机分为5组(n=3),各组分别在造模后3d、1w、2w、4w和6w取材。取材前,将兔经耳缘静脉过量麻醉处死,解剖并分离兔ACL和MCL,HE染色观察韧带损伤部位的形态学变化,透射电镜观察韧带损伤部位的超微结构变化,RT-q PCR检测自噬相关基因Beclin1和ATG-5 m RNA的变化。免疫荧光法检测自噬相关蛋白LC3的变化,Western blot检测自噬相关蛋白Beclin1、LC3II/I和p62的变化。结果:(1)高通量测序技术共检测到31217个基因,26242个lnc RNA,根据基因在不同样本中的表达情况,鉴定出1233个DEGs和1263个DELs,并进行了功能注释和富集分析,涉及与炎症反应和与韧带组织损伤修复密切相关的GO途径以及与炎症反应、细胞自噬、增殖、分化、迁移和凋亡等相关的信号通路。(2)在部分损伤后3d、1w、2w、4w和6w五个时间点,ACL和MCL均未表现出明显的愈合趋势,透射电镜下观察到自噬小体的存在。RT-q PCR结果显示,与对照组相比,自噬相关基因Beclin1和ATG-5 m RNA总体呈现先升高后降低的变化趋势,在ACL中始终处于高表达状态,峰值出现在1周,MCL高表达峰值出现在2周,此后逐渐恢复至正常水平。免疫荧光与Western blot结果显示,与对照组相比,自噬相关蛋白Beclin1、LC3II/I和p62总体呈现先升高后降低的变化趋势,峰值出现在3d,此后逐渐降低,各蛋白在ACL中的升高更为显著,在MCL中更早恢复至正常水平。结论:1、兔ACL和MCL之间存在较大的基因差异,差异基因涉及与炎症反应、细胞自噬、增殖、分化、迁移和凋亡等相关的生物学功能和信号转导途径。2、兔ACL及MCL部分损伤后3d、1w、2w、4w和6w的过程中存在自噬,自噬的水平随时间整体呈现先升高后降低的变化趋势。3、兔ACL和MCL部分损伤后不同时间点自噬存在明显差异,损伤后ACL中自噬水平的升高更为显著。
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