瘦素在椎体骺软骨细胞软骨内骨化过程中的部位特异性作用研究

来源 :上海交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:valgrind2
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目的我们拟在细胞水平观察瘦素对椎体和长骨骺板增生和分化不同影响的时间和浓度依赖效应。瘦素在椎体骺板生长代谢中有其不同于长骨的特异性作用,但具体机制还不清楚。本研究拟在细胞水平研究STAT和ERK信号通路在瘦素对椎体骺板增生、分化和凋亡影响中特定意义,和长骨骺板比较观察其部位特异性,推断瘦素对椎体和长骨生长发育影响可能借助的特定信号途径。方法选择一周龄雌性小鼠(C57BL/6),取其椎体和长骨骺板软骨细胞体外培养。对原代培养细胞用瘦素按不同浓度梯度(0、10 ng/m L、50 ng/m L、100 ng/m L、1000 ng/m L,48h)刺激之后检测不同浓度瘦素对椎体及长骨骺板软骨细胞的增殖、凋亡、分化及细胞周期的影响作用。同时观察相关重要信号分子BMP7和Wnt3等表达的变化,间接推测瘦素部位特异性作用的可能媒介因子。检测瘦素作用细胞增生分化相伴的STAT和ERK信号通路相关蛋白及其磷酸化水平变化,观察STAT和ERK信号通路特异性阻断后和不阻断时比较,椎体和长骨骺板的BMP7和Wnt3等表达的情况。结果检测细胞周期发现瘦素可能对椎体及长骨骺板软骨细胞有着相反的作用,对前者是抑制细胞增生,对后者却促进细胞增殖。瘦素促进长骨骺板细胞增生相关基因(collagenⅡ、aggregan)及肥大相关基因(collagenⅩ、alp)的表达,相反瘦素抑制椎体骺板软骨细胞这些基因的表达量,呈时间和浓度依赖。细胞凋亡结果发现对于长骨骺板软骨细胞,在瘦素处理后可以显著抑制细胞凋亡水平;相反的,对于椎体骺板软骨细胞,瘦素处理可以显著增加细胞凋亡(包括早期凋亡和晚期凋亡),且这种作用呈浓度依赖性,即细胞凋亡水平随着瘦素浓度增高而上升。胫骨骺板软骨细胞的BMP7水平比椎体骺软骨细胞要高得多,这与之前实验下肢软骨细胞增殖和分化通常较活跃这一结果一致。在胫骨骺软骨细胞用ERK抑制剂处理后BMP7水平没有明显变化,然而,当用STAT抑制剂处理后BMP7水平显著降低。因此,瘦素对胫骨骺板软骨细胞BMP7水平的调节可能主要是通过STAT信号通路实现的。相反,在椎体骺软骨细胞内,瘦素调节BMP7水平主要通过ERK通路,因为ERK通路的抑制可以明显降低BMP7水平。与BMP7相比,Wnt3在原代胫骨和椎体骺软骨细胞间差异不显著,提示Wnt3可能继发于胫骨和椎体骺软骨细胞发育过程中的不同表型。然而,瘦素可能以相似的方式,对胫骨骺板软骨细胞Wnt3水平的调节可能主要是通过STAT信号通路实现的,而这样的调节作用在椎体骺软骨细胞主要由ERK信号通路介导的。结论根据细胞增殖、细胞周期以及细胞凋亡的实验结果,可以看出瘦素有促进长骨骺板软骨细胞增生,而抑制椎体骺板软骨细胞增生的作用。同时,我们也发现这两类原代培养的细胞状态也不尽相同。在正常状态下(没有瘦素处理、无血清培养),长骨骺板软骨细胞的细胞活力、细胞增殖情况以及细胞凋亡水平均高于椎体骺板软骨细胞,这在一定程度表明长骨骺板软骨细胞具有更强的细胞更新能力。综合细胞活力、细胞增殖、细胞周期以及细胞凋亡实验,我们发现长骨骺板软骨细胞和椎体骺板软骨细胞对于瘦素处理的反应是不同的,表明这两种细胞对瘦素的反应不同,存在部位差异性。瘦素的反应的分子机制在长骨与椎体骺板软骨细胞差异显著。瘦素在胫骨骺软骨细胞内影响BMP7和Wnt3水平主要通过STAT通路,这样的作用在椎体骺软骨细胞内可能主要通过ERK通路实现。
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