文献信息
绝经后骨质疏松(PMOP)是一种由于女性绝经后雌激素水平降低,导致破骨细胞(OC)和成骨细胞(OB)骨重塑失衡,引起人体骨量降低、易发生脆性骨折的全身性代谢性疾病。
本研究采用体外和体内实验评估骨疏康通过影响OC来源外泌体抑制OC分化,促进OB分化,实现双向调节作用。
细胞实验
构建OC模型采用M-CSF(20ng/mL)、RANKL(50ng/mL)处理RAW264.7细胞进行诱导;构建OB模型采用成骨诱导液处理的BM-MSC进行诱导。有效药物血清确认结果(图1)相对于5%、10%、15%Drug抑制破骨分化效果更为显著,且两者之间差异无统计学意义,因此后续实验采用10%Drug进行细胞干预。
设立对照组和药物组,采用适合药物血清浓度干预破骨分化模型。处理7天后,去除上清液,更换新鲜培养基,24h后收集对照组外泌体(Exo-Con)和药物组外泌体(Exo-Drug)。Con和10%Drug处理后的破骨分化诱导RAW264.7细胞外泌体(Exo-Con和Exo-Drug)均特异性表达CD9、CD63、CD81蛋白,表明外泌体提取和分离效果较好,蛋白质大小分别为25、35、23kD(图2)。
Con和Drug各自处理后的破骨分化诱导RAW264.7细胞外泌体(Exo-Con和Exo-Drug)形态均呈现不规则圆形,大小在60~100nm范围(图3)。
10%Drug和Con处理RAW264.7源破骨细胞的外泌体(Exo-Con和Exo-Drug)经过Dil标记后,和BM-MSC源成骨细胞共培养,发现两种血清处理破骨细胞的外泌体均能被成骨细胞摄取,且摄取效率相近(图4)。
各组成骨细胞ALP活性检测显示(图5),与空白组比较,对照组ALP活性增加(P<0.01)。与对照组比较,对照外泌体组及药物外泌体组ALP活性降低,且对照外泌体组ALP活性较药物外泌体组更低(P<0.01)。
各组成骨相关基因检测结果比较显示(图6),与空白组比较,对照组OCN、OPN、RUNX2mRNA表达升高(P<0.01);与对照组比较,对照外泌体组及药物外泌体组OCN、OPN、RUNX2mRNA表达降低,且对照外泌体组较药物外泌体组降低更多(P<0.01)。
将18只12周龄雌性SD大鼠随机分配至3组中,每组6只,设为假手术组、模型组、药物实验组;模型组和药物实验组构建卵巢切除(ovariectomy,OVX)模型作为本研究的PMOP模型。因此OVX+Drug组大鼠采用1.8g/kg骨疏康灌胃处理,早晚分2次灌胃,每次剂量0.9g/kg,每次灌胃体积5mL/kg;OVX组采用生理盐水灌胃处理,早晚分两次灌胃,每次灌胃体积5mL/kg;假手术组大鼠麻醉开口后,不取出卵巢,缝合后消毒。建模8周后,处死大鼠进行取材,统一取左侧股骨。经甲醛固定后进行脱钙切片。
HE染色结果比较(图7)显示:模型组骨质疏松大鼠关节部位的软骨层损伤严重,骨小梁中有较多的破骨陷窝,骨干的骨密质部位出现较多破损和破骨陷窝;骨疏康治疗后软骨层破损状态减轻,骨小梁中破骨陷窝减少,骨干的骨密质部位破损现象减轻。
TRAP染色结果显示(图8)与假手术组比较,模型组大鼠TRAP阳性率增加(P<0.01),药物实验组TRAP阳性率较模型组降低(P<0.01)。
各组大鼠骨相关蛋白检测结果显示(图9)与假手术组比较,模型组OCN、OPN、RUNX2蛋白表达降低,RANKL、OPG蛋白表达增加(P<0.01);与模型组比较,药物实验组OCN、OPN、RUNX2蛋白表达增加,RANKL、OPG蛋白表达降低(P<0.01)。
研究结论
外泌体是一种细胞分泌的囊泡,内含组织或者细胞特异性蛋白、脂质和核酸片段,具有一定的细胞间信使作用,能通过水平转移或细胞-受体相互作用来进行内容物的传递,调节其他细胞的功能。BMSCs来源外泌体可抑制细胞凋亡信号通路,促进OB增殖,改善POP。OC来源外泌体具有促进OC分化,调控破骨和成骨交流,调节骨代谢的作用。OB来源外泌体也具有抗OP的作用,以及肌细胞、血管内皮细胞来源的外泌体均具有抗OP的治疗潜力。骨疏康含药血清可以抑制OC分化,有效改善OC外泌体对OB分化的抑制作用。另外,骨疏康能有效促进PMOP模鼠OB分化,同时减少OC分化。