常春藤皂苷元在RANKL诱导的破骨细胞形成和OVX小鼠模型诱导的骨丢失中的机制研究

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研究背景和目的:绝经后骨质疏松症和其他溶骨性疾病通常是由破骨细胞增多和/或破骨细胞骨吸收功能增加引起,最终导致骨量过多丢失。破骨细胞是源自骨髓中造血祖细胞的多核细胞,它们通过融合前体细胞形成,并在骨吸收中起主要作用。成年人体内骨骼的维持主要依靠骨重塑过程,骨重塑是陈旧的骨组织被破骨细胞重新吸收,然后由成骨细胞在腔隙中形成新生骨组织,以此维持骨骼的稳定及骨量的动态平衡。因此,破骨细胞对于正常骨骼发育(生长和重构)及维持其完整性以及钙代谢都至关重要。常春藤皂苷元(Hederagenin)是从多种天然药用植物中提取的五环三萜皂苷类中药单体,具有抗肿瘤及抗炎等多种生物学活性,且可能存在对骨骼相关疾病的治疗潜能。因此,本次实验我们评估了常春藤皂苷元对体外破骨细胞的形成和骨吸收功能的影响以及体内在卵巢切除术(OVX)引起的骨丢失的小鼠模型中治疗的效果。实验方法:体外提取培养C57BL/6小鼠骨髓巨噬细胞(BMMs),在RANKL诱导下给予不同浓度的常春藤皂苷元,进行TRAc P染色确定常春藤皂苷元对破骨细胞形成的影响。荧光探针DCFH-DA进行细胞内ROS的检测,探究常春藤皂苷元对破骨细胞内ROS含量改变的影响。通过羟磷灰石吸收试验和肌动蛋白带形成试验,检测常春藤皂苷元对骨吸收功能的影响。运用RT-PCR定量分析相关破骨细胞特定基因的表达。通过Western印迹分析确定破骨细胞内相关作用的分子机制。通过双侧卵巢切除术构建OVX小鼠以模拟体内骨丢失。体内实验中随机将C57BL/6小鼠分为4组:空白对照组,手术组(OVX组),低剂量组(OVX+低剂量常春藤皂苷元),高剂量组(OVX+高剂量常春藤皂苷元)。隔天换药,6周后提取小鼠胫骨作为实验样本。通过Micro CT扫描分析胫骨骨溶解的情况,并进行统计学分析。病理组织学染色观察常春藤皂苷元对胫骨内破骨细胞数量的影响及重要器官(心、肝、脾、肺和肾)代谢毒性的测定。实验结果:体外细胞分析表明,常春藤皂苷元显著抑制了RANKL诱导的破骨细胞形成和破骨细胞(羟基磷灰石)骨吸收以及破骨细胞标记基因(TRAc P,CTSK,Dc-Stamp和NFATc1)的表达。从机理上讲,常春藤皂苷元减弱了RANKL诱导的细胞内活性氧(ROS)的产生,并通过减弱MAPK信号通路(ERK和p38)的激活,从而抑制了c-Fos和NFATc1的下游诱导。与体外研究结果一致,常春藤皂苷元通过减少破骨细胞数量和骨组织表面活性来有效保护了OVX小鼠以免受骨质流失。结论:本实验的数据提供了有力的证据,表明常春藤皂苷元可以通过抑制RANKL诱导的MAPK信号通路活化对破骨细胞的形成和骨吸收功能产生抑制作用,为常春藤皂苷元在治疗破骨细胞介导的溶骨性骨病如绝经后骨质疏松症中的运用提供了潜在依据。
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