ASICs在椎间盘退变过程中的作用及其机制研究

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背景干细胞治疗方案已经成为治疗椎间盘退变(intervertebral disc degeneration,IVDD)的一种受欢迎的选择。研究发现髓核间充质干细胞(nucleus pulposus mesenchymal stem cells,NP-MSC)参与了椎间盘(intervertebral disc,IVD)的再生过程和稳态的维持,但是控制这些过程的分子机制仍有待阐明。酸离子通道家族蛋白(acid-sensing ion channels,ASICs)是退变蛋白/上皮钠离子通道 (degenerin/epithelial Na+channel,DEG/ENa C)超家族中的一员,已成为中枢和周围神经元细胞外质子的关键受体。已经有研究阐述了IVDD期间酸性微环境的改变与ASIC功能存在关系。但ASICs在IVDD过程中可能发挥作用的具体机制尚不清楚。目的研究椎间盘退变患者组织中ASICs的表达情况,揭示IVDD过程中可能发挥重要作用的关键亚基;确定ASICs是否参与调节NP-MSCs的生物学活性,进一步揭示ASICs在IVDD过程中的作用及其分子机制,为治疗IVDD的药物研发提供新的思路。方法通过蛋白质免疫印迹检测不同退变IVD组织中ASICs各亚基的表达情况;在p H 6.6的条件下对源于椎间盘的NP-MSCs进行原代培养,以模拟IVD退变的微环境改变,通过CCK-8实验检测细胞增殖能力;流式细胞术检测细胞在退变过程中的细胞周期变化情况;细胞衰老β-半乳糖苷酶染色(Senescence-associatedβ-galactosidase,SA-β-Gal)及酶联免疫吸附测定法(enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA)检测细胞的衰老表型;Western blot方法检测衰老相关信号通路的蛋白表达情况;钙离子成像技术检测在酸环境下Ca2+的流动情况;通过使用ASICs的多种抑制剂确定ASIC的作用机制。结果随着椎间盘退变程度的增加,ASIC1和ASIC3亚基的表达水平呈现上调趋势,而ASIC2和ASIC4并无明显差异;酸性培养环境导致细胞增殖能力下降,细胞周期发生停滞以及细胞提前衰老;Western Blot实验结果显示NP-MSCs暴露于酸性生长条件下会导致p53、p21、p27、Rb1和p16蛋白水平升高;钙离子成像显示出Ca2+在酸环境下的瞬时内流;而ASICs抑制剂能够一定程度上缓解酸性条件下NP-MSCs的衰老表型。结论ASIC1和ASIC3在退变组织中高表达,而且与退变程度正相关;ASIC1和ASIC3可能通过激活p53-p21/p27和p16-Rb1信号通路促进NP-MSCs细胞衰老及椎间盘退变。
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