基于TGF-β_(1)/Smads信号通路探讨大蒜素对2型糖尿病大鼠肾纤维化的影响

目的:探讨大蒜素对2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus,T2DM)大鼠肾纤维化和TGF-β_(1)/Smads信号通路的影响以及大蒜素对T2DM所致肾纤维化的作用机制。方法:将50只SD大鼠随机分为正常对照组、模型组和大蒜素低剂量组(5 mg/kg)、大蒜素中剂量组(10 mg/kg)、大蒜素高剂量组(20 mg/kg),每组10只。正常对照组大鼠常规饲养,其余各组采用高糖高脂饲料喂养加腹腔注射链尿佐菌素的方法复制T2DM大鼠模型。造模完成后,大蒜素各剂量组大鼠腹腔注射相应剂量大蒜素溶液,正常对照组及模型组腹腔注射等剂量生理盐水,每天1次,共4周。干预4周后,测定各组大鼠空腹血糖水平,称量体质量;生化分析法测定24h尿蛋白(24 hour urine protein,24h UP)、血清尿素氮(blood urea nitrogen,BUN)、血清肌酐(serum creatinine,SCr)表达水平;苏木精-伊红染色法(hematoxylin-eosin staining,HE)进行肾组织病理学检查;Masson染色进行肾组织纤维化检查并计算胶原容积分数(collagen volume fraction,CVF);免疫组织化学(immunohistochemistry,IHC)法检测肾组织中转化生长因子β_(1)(transforming growth factor-β_(1),TGF-β_(1))、磷酸化Smad2(phospho-Smad2,p-Smad2)、p-Smad3蛋白表达以及Ⅰ型胶原蛋白(collagenⅠ,ColⅠ)和Ⅲ型胶原蛋白(collagenⅢ,ColⅢ)表达。结果:与正常对照组比较,模型组大鼠肾小球增大、系膜基质增厚、肾小管上皮细胞空泡变性、炎性细胞浸润,大鼠空腹血糖、24h UP、BUN、SCr、CVF、TGF-β_(1)、p-Smad2、p-Smad3、Col I、ColⅢ均升高,体质量下降;与模型组比较,大蒜素中、高剂量组大鼠空腹血糖水平降低、体质量升高(P<0.05),24h UP和血清BUN、SCr水平降低(P<0.01),病理学改变改善;与模型组比较,大蒜素低、中、高剂量组大鼠肾组织纤维化改善,肾组织CVF降低(P<0.01);与模型组比较,大蒜素中、高剂量组大鼠肾组织TGF-β_(1)、p-Smad2、p-Smad3、Col I、ColⅢ蛋白表达下调(P<0.01)。结论:大蒜素对T2DM大鼠肾纤维化具有抑制作用,其机制可能与大蒜素调控TGF-β_(1)/Smads信号通路进而抑制细胞外基质生成有关。

骨形态发生蛋白/Wnt信号通路调控成骨:揭示骨骼形成和重塑的分子机制

背景:成骨细胞是负责骨骼形成和重塑的主要细胞类型,其功能的正常发挥受到多种信号通路的精密调控,其中,骨形态发生蛋白和Wnt信号通路在成骨过程中起着关键作用。目的:综述了骨形态发生蛋白/Wnt信号通路在调控成骨细胞功能中的作用,并分析其在不同生理和病理条件下的变化,以期进一步揭示骨骼形成和重塑的分子机制。方法:以中文检索词“BMP信号通路,Wnt信号通路,成骨”及英文检索词“BMP signaling pathway,Wnt signaling pathway,osteogenesis”在中国知网、万方和PubMed数据库中检索研究原著,检索时限为各数据库建库至2023年6月的相关文献,最终筛选61篇文献进行分析总结。采用文献综述的方法,对骨形态发生蛋白/Wnt信号通路调控成骨作用的研究进行梳理和分析。结果与结论:①骨形态发生蛋白和Wnt信号通路在成骨细胞的分化、增殖和成熟过程中发挥重要作用。骨形态发生蛋白信号通路主要通过激活Smad蛋白来调控成骨相关基因的表达,Smad蛋白被激活后进入细胞核,调控与成骨相关的基因表达,与骨形态发生蛋白不同,Wnt信号通路主要依赖于β-catenin的激活来发挥生物学效应。②不同生理和病理状态下,骨形态发生蛋白/Wnt信号通路的调控作用会受到多种因素的影响。生长因子及激素及机械应力等会在一定程度上影响骨形态发生蛋白/Wnt信号通路的活性。③骨形态发生蛋白/Wnt信号通路在调控成骨过程中与其他信号通路相互作用,共同构成复杂的调控网络。④中药和天然化合物可以通过调控信号通路来促进骨骼健康,为中药治疗骨骼疾病提供了新的可能性。⑤未来研究可进一步探讨骨形态发生蛋白/Wnt信号通路与其他信号通路的相互作用以及其在不同生理和病理条件下的变化,解析此复杂网络中的关键节点和调控机制,为骨骼相关疾病的治疗提供更精确的靶点,也为揭示骨骼形成和重塑的分子机制提供新的思路。

BMP⁃2/Smad信号通路探讨金匮肾气丸对BMSCs成骨分化的影响

目的观察金匮肾气丸含药血清对大鼠骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cells,BMSCs)成骨分化的影响并探讨其发生的作用机制。方法制备金匮肾气丸含药血清,CCK⁃8法筛选出最佳浓度的金匮肾气丸含药血清对BMSCs向成骨分化的影响。将BMSCs分为空白组(control组)、成骨诱导组(OIS)、空白血清组(ROIS组)及含药血清组(JKSQ⁃OIS),分别对各组BMSCs进行成骨诱导。连续干预14 d及21 d后,分别进行碱性磷酸酶(ALP)染色和茜素红染色镜下观察各组碱性磷酸酶活性和成骨矿化水平;连续干预14 d后,实时荧光定量PCR(q⁃PCR)和蛋白免疫印迹法(Western blot)分别检测各组BMSCs中骨形态发生蛋白2(BMP⁃2)、Smad1、ALP、Runt相关转录因子2(runt⁃related transcription factor 2,Runx2)及成骨细胞特异性转录因子(Osterix,OSX)mRNA和蛋白的相对表达量。结果与control组相比,OIS组与ROIS组出现点状矿化结节,ALP染色轻微变深,ALP和Runx2 mRNA及蛋白的表达上升(P<0.05,P<0.01),OSX的表达上升但不明显(P>0.05);与OIS组相比,JKSQ⁃OIS组矿化结节成片分布,ALP染色明显加深,BMP⁃2、Smad1、ALP和Runx2 mRNA及蛋白的表达上升(P<0.05,P<0.01),OSX mRNA及蛋白表达有上升趋势(P>0.05)。结论金匮肾气丸含药血清可能通过调控BMP⁃2/Smad信号通路,上调ALP、Runx2和OSX的表达,促进BMSCs向成骨分化,改善OP。

基于BMP2/Smad4信号通路探究蛇床子素对骨质疏松性骨折大鼠愈合过程的影响

目的基于骨形态发生蛋白(BMP)2/Smad4信号通路探究蛇床子素对骨质疏松性骨折(OPF)大鼠愈合过程的影响。方法将90只SD大鼠分成Sham组、OPF组、低剂量组(10 mg/kg蛇床子素)、高剂量组(20 mg/kg蛇床子素)、高剂量+NC组(2μl shRNA)、高剂量+shRNA-BMP2组(2μl shRNA-BMP2),15只/组;摘除大鼠的双侧卵巢以构建骨质疏松(OP)模型,在此模型基础上进行右侧股骨干骨折建立OPF大鼠模型,术后除Sham组及OPF组外其余组灌胃相应剂量蛇床子素,而Sham组及OPF组给予等量生理盐水灌胃,高剂量+NC组、高剂量+shRNA-BMP2组在灌胃第1天于尾静脉注射相应慢病毒,其余组则注射等量生理盐水,灌胃8 w(1次/d);使用双能X线BMD仪检测骨痂部位骨密度(BMD);酶联免疫吸附试验(ELISA)法检测血清抗酒石酸酸性磷酸酶(TRACP)和碱性磷酸酶(ALP)水平;三点弯曲实验进行股骨生物力学性能检测;Micro-CT扫描股骨骨痂;HE染色观察骨痂组织形态;Western印迹检测骨痂组织成骨细胞特异性转录因子(Osterix)、Runt相关转录因子2(RUNX2)及BMP2/Smad4通路蛋白表达。结果与Sham组比较,OPF组股骨骨痂BMD、ALP水平、RUNX2、Osterix、BMP2、Smad4表达显著降低,股骨刚度及最大载荷、骨体积分数(BV/TV)、骨小梁厚度(Tb.Th)、骨小梁数量(Tb.N)显著减小,TRACP水平显著升高,骨小梁分离度(Tb.Sp)显著增大(均P<0.05);与OPF组比较,低、高剂量组BMD、ALP水平、RUNX2、Osterix、BMP2、Smad4表达显著升高,股骨刚度及最大载荷、BV/TV、Tb.Th、Tb.N显著增加,TRACP水平显著降低,Tb.Sp显著减小(均P<0.05);与高剂量组比较,高剂量+shRNA-BMP2组BMD、ALP水平、RUNX2、Osterix、BMP2、Smad4表达显著降低,股骨刚度及最大载荷、BV/TV、Tb.Th、Tb.N显著减小,TRACP水平显著升高,Tb.Sp显著增大(均P<0.05)。结论蛇床子素通过激活BMP2/Smad4信号通路来促进OPF大鼠的骨折处愈合。

木犀草素对正畸牙移动模型大鼠骨改建及BMP2/Smad1信号通路的影响

目的探究木犀草素对正畸牙移动模型大鼠骨改建及骨形态发生蛋白2(BMP2)/Smad1信号通路的影响。方法建立大鼠正畸牙移动模型并分为模型组、木犀草素低(25 mg/kg)、中(50 mg/kg)、高(100 mg/kg)剂量组,每组12只;另取12只健康大鼠作为对照组。各组用相应药物进行灌胃,每天1次,连续30天。游标卡尺测量大鼠正畸牙移动距离;酶联免疫吸附法检测血清肿瘤坏死因子(TNF)-α、白细胞介素(IL)-1β、IL-6水平;HE染色观察大鼠牙周组织改建情况;荧光定量PCR法检测大鼠牙周组织中BMP2、Smad1信使RNA(mRNA)水平;蛋白印迹法检测大鼠牙周组织中BMP2、Smad1、Runt相关转录因子2(RUNX2)、骨保护素(OPG)蛋白水平。结果对照组大鼠上颌骨结构正常。与对照组相比,模型组大鼠上颌骨压力侧牙周间隙变窄,上颌骨张力侧牙周韧带增宽,牙骨质表面可见较多的吸收陷窝,牙槽骨改建活跃,正畸牙移动距离、血清TNF-α、IL-1β、IL-6水平显著升高(P<0.05)。牙周组织BMP2、Smad1 mRNA和蛋白水平、OPG、RUNX2蛋白水平显著降低(P<0.05)。与模型组相比,木犀草素低、中、高剂量组大鼠上颌骨压力侧牙周间隙变窄逐渐明显,上颌骨张力侧新骨形成依次增多,骨吸收陷窝逐渐减少,血清TNF-α、IL-1β、IL-6水平依次降低(P<0.05)。正畸牙移动距离、牙周组织BMP2、Smad1 mRNA和蛋白水平、OPG、RUNX2蛋白水平依次升高(P<0.05)。结论木犀草素能加快正畸牙移动模型大鼠骨改建与骨形成过程,促进牙移动,抑制炎症反应,其机制可能与激活BMP2/Smad1信号通路有关。

内皮细胞特异性骨形态发生蛋白2对血管新生的影响:生物信息学分析和实验验证

背景:血管新生是心血管疾病的主要干预靶点,骨形态发生蛋白2具有调控血管新生作用,但内皮细胞特异性骨形态发生蛋白2对血管新生的调控作用不清楚。目的:探讨内皮细胞特异性骨形态发生蛋白2对血管新生的影响。方法:(1)生物信息学分析:通过Panglao DB公共基因表达数据库单细胞转录组荟萃分析观察骨形态发生蛋白2细胞群表达丰度和定位。血管新生小鼠和内皮(心内膜)过表达骨形态发生蛋白2小鼠转录组测序数据集探索内皮细胞骨形态发生蛋白2对血管新生信号通路的调控作用。(2)体内实验验证:建立小鼠后肢缺血模型,对比模型小鼠患侧与健侧缺血后肢7,14和21 d血流灌注情况,免疫荧光和免疫组织化学染色评估小鼠骨形态发生蛋白2和CD31的表达定位情况。(3)体外实验验证:体外培养人脐静脉内皮细胞,分为对照组、缺氧组和骨形态发生蛋白2抑制剂(Noggin蛋白)干预组,培养24 h,观察各组内皮细胞血管新生情况。结果与结论:(1)内皮细胞是表达骨形态发生蛋白2的重要细胞亚群,在血管新生内皮细胞和骨形态发生蛋白2过表达内皮细胞转录组再分析均发现骨形态发生蛋白2表达明显升高,血管新生通路明显激活。(2)缺血7 d小鼠新生血管周围骨形态发生蛋白2阳性血管明显增加(P<0.05),缺血2周骨形态发生蛋白2阳性血管明显减少(P<0.001)。(3)体外培养人脐静脉内皮细胞,缺氧干预后,内皮细胞迁移能力和血管出芽明显增加,血管新生因子血管内皮生长因子和血小板衍生生长因子的表达明显升高,Noggin明显减少了缺氧诱导的内皮细胞血管新生(P<0.001),并下调血管内皮生长因子和血小板衍生生长因子的表达(P<0.01)。(4)结果证实,内皮细胞特异性骨形态发生蛋白2具有调控血管新生作用,靶向性内皮细胞骨形态发生蛋白2可望改善血管新生。

BMP2/SMAD1信号通路在绝经性骨质疏松中的蛋白互作功能

目的通过生物信息学角度挖掘骨形态发生蛋白(BMP)2、Smad同源蛋白(SMAD)1蛋白生信数据,解析BMP2/SMAD1信号通路蛋白互作功能在骨质疏松中发挥的作用及影响。方法基于UniPort数据库进行检索,联合STRING、Ensemble、SWISS-MODEL等数据库,挖掘BMP2、SNAD1理化信息并结合相关文献进行分析。构建BMP2/SMAD1蛋白互作通路等。查询BMP2/SMAD1信号通路在骨质疏松中的表达,利用CNKI、Web of science、万方数据库、Springer、Elsevier SD等数据库检索相关文献。中文检索关键词为“BMP2蛋白、SMDA1蛋白、骨质疏松”,英文检索关键词为“BMP2、SMAD1、Osteoporosis”。排除重复性文献、与主题无关性文献。结果获取BMP2、SMAD1基本信息,绘制分子、生物功能图;构建二元互作蛋白通路图及BMP2/SMAD1信号通路网络图;将糖基化磷脂酰肌醇锚蛋白(RGMB)、血色素沉着(HFE2)、泛素连接酶(SMURF)1、SMURF2、丝裂原活化蛋白激酶分子(MAP3K7)、锌指蛋白(ZNF)521蛋白作为潜在关键位点蛋白进行下一步研究;SMAD家族蛋白作为受体位点在BMP通路中发挥关键作用;丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)间接参与BMP2/SMAD1通路调控成骨分化。结论BMP2/SMAD1信号通路中,位于胞外的BMP2蛋白与细胞膜上受体蛋白BMPR1、BMPR2蛋白结合,通过磷酸化激活胞质中SMAD1/5与SMAD4协同调控核内铁代谢;SMAD6/7抑制SMAD1/5协同调控成骨分化表达。在BMP2/SMAD1信号通路蛋白互作网络中,除同族蛋白外,以RGMB、HFE2、SMURF1、SMURF2、MAP3K7、ZNF521为代表的蛋白参与其中,可作为深入研究对象解析BMP2/SMAD1信号通路。在骨质疏松发生过程中,除BMP2/SMAD1信号通路外,包括但不限于MAPK通路的参与,而MAPK的关键作用还有待深究。

BMP-2/Smads信号通路在低剂量X射线促成骨细胞分化与矿化中的作用

目的探讨骨形态蛋白2(BMP-2)/Smads信号通路在低剂量X射线促成骨细胞分化及矿化中的作用。方法将成骨细胞分为照射组及对照组,照射组给予单次0.1 Gy X射线照射,对照组处于相同的环境下不进行X射线照射。照射后24、48、72 h,采用CCK-8法检测细胞增殖活性,采用对硝基苯磷酸二钠法检测细胞碱性磷酸酶(ALP)活性,采用茜素红染色剂进行细胞矿化染色、十六烷基吡啶试剂进行定量;利用RT-PCR检测BMP-2、Smad1、Smad5、Smad4、成骨相关因子2(Runx2)、锌指结构转录因子(Osterix)及骨钙素(OCN)的mRNA表达;另取成骨细胞分为0.1 Gy组、0.1 Gy拮抗剂组、control组及control拮抗剂组。0.1 Gy组、control组处理同上,两个拮抗剂组分别在0.1 Gy组及control组处理的基础上加入浓度为10μg/m L的头蛋白(NOGGIN)拮抗剂0.5 mg,照射72 h后,分别采用Western blotting及ELISA法检测上述各指标蛋白的表达,并进行各组间的比较。结果照射组与对照组各时间成骨细胞增殖活性比较差异无统计学意义(P均>0.05)。与对照组比较,照射后48 h,照射组ALP活性升高(P<0.05);照射后72 h,照射组细胞矿化定量增加(P<0.05);照射后48 h,照射组BMP-2、Smad1、Smad5、Smad4、Runx2、Osterix及OCN的mRNA表达上调(P均<0.05);照射后72 h,照射组Smad1 mRNA相对表达量高于对照组(P<0.05)。照射后72 h,0.1 Gy组BMP-2、Smad1、Smad4、Smad5、Runx2、Osterix及OCN的蛋白相对表达量高于control组(P均<0.05);0.1 Gy拮抗剂组与control拮抗剂组上述各指标蛋白表达均下降,两组间各指标蛋白表达差异无统计学意义(P均>0.05)。结论 BMP-2蛋白在低剂量X射线照射的成骨细胞中表达升高,其可通过其自分泌/旁分泌方式激活细胞Smads信号通路进而调控下游成骨基因的表达,从而促进成骨细胞分化与矿化。

藤黄健骨丸调控BMP-2/Smad信号通路治疗绝经后骨质疏松症

目的观察藤黄健骨丸对绝经后骨质疏松症模型大鼠的治疗作用。方法将72只雌性大鼠随机分为6组,分别为假手术组(SHAM)、模型组(OVX)、仙灵骨葆胶囊组(XLGB)、藤黄健骨丸低剂量组(THJGW-L)、藤黄健骨丸中剂量组(THJGW-M)及藤黄健骨丸高剂量组(THJGW-H)。手术造模3 d后给药,除假手术组、模型组灌胃蒸馏水外,其余4组均按照相应剂量灌胃药物。连续灌胃8周后,分别检测大鼠术后各阶段体质量、子宫和肾脏重量、骨强度值,观察股骨病理变化。Western-blot法检测大鼠股骨中Runx2、BMP-2和Smad1蛋白表达水平。结果实验结果显示,藤黄健骨丸可以增加去卵巢大鼠的子宫和肾脏重量,能够提高去卵巢大鼠的股骨荷载力,改善骨微结构,增加钙离子沉积,增加骨细胞数量。Western-blot结果显示去势大鼠骨组织中Runx2、BMP-2和Smad1相对蛋白水平降低,经过藤黄健骨丸治疗后,Runx2、BMP-2和Smad1相对蛋白水平显著升高。结论藤黄健骨丸可以提高去势大鼠骨强度,改善骨组织形态,其作用机制可能与调控BMP-2/Smad信号通路来促进骨形成,对绝经后骨质疏松症有一定的治疗作用。

机械离心力对成骨细胞骨形态发生蛋白信号通路中Runx-2 mRNA的影响

背景:机械力对成骨细胞生理活动存在一定影响,Runx-2是骨形态发生蛋白信号的靶目标,是调节成骨细胞分化的重要因子,骨形态发生蛋白信号转导通路参与了成骨细胞对机械离心力刺激的生理响应过程。目的:观察不同转速及时间作用下,机械离心力对成骨细胞骨形态发生蛋白信号通路的影响。方法:将MC3T3-E1细胞用含体积分数10%胎牛血清的DMEM培养基预处理24 h后,分为对照组,90 r/min组、180 r/min及250 r/min组,每组再分为离心6,12,24 h亚组,给予不同转速离心力和相同转速不同时间的刺激,重复实验3次。对照组同步置于除离心外相同的环境中。提取总RNA,并反转录为cDNA,通过实时荧光定量PCR检测Runx2基因表达情况。结果与结论:随着加力时间的延长,Runx2 mRNA的表达增加,二者成正相关,转速为180 r/min组的Runx2mRNA表达明显高于90 r/min组和250 r/min组(P<0.01);90 r/min组和250 r/min组Runx2 mRNA的表达均高于对照组(P=0.039),且都随时间延长差异明显。结果可见离心力大小和离心持续时间不同对成骨细胞骨形态发生蛋白信号通路的生理响应不同,该通路在对力学信号引起的信息传递级联反应中起重要作用。

雷奈酸锶通过骨形态发生蛋白-2/Smad通路促进骨髓间充质干细胞成骨分化

目的探讨骨形态发生蛋白-2（BMP-2）/Smad通路在雷奈酸锶（Sr）促进大鼠骨髓间充质干细胞（BMSCs）分化为成骨细胞过程中的作用。方法体外分离培养大鼠BMSCs,根据实验目的加入不同浓度Sr、BMP-2的拮抗剂noggin及Smad1小干扰RNA（SiRNA）。酶标法检测碱性磷酸酶（ALP）活性,茜素红染色检测钙结节,Western blotting法检测磷酸化Smad1/5/8及Runt相关转录因子-2（Runx2）蛋白的表达。结果应用0.1~10 mmol/L Sr处理BMSCs细胞1 h后,细胞内磷酸化Smad1/5/8表达增高,其中浓度为1 mmol/L时,表达达到高峰;在Sr处理BMSCs前,应用BMP-2拮抗剂noggin预处理细胞2 h能抑制Sr对磷酸化Smad1/5/8表达的上调作用;应用0.1~5 mmol/L Sr处理细胞6 h后,细胞内Runx2表达增高,其中浓度为1 mmol/L时,表达达到高峰;在Sr处理BMSCs前,应用Smad1 SiRNA转染细胞后能下调Smad1/5/8、磷酸化Smad1/5/8的表达,并抑制Sr对Runx2表达的上调作用,还拮抗Sr对ALP活性及钙化结节形成的促进作用。结论 BMP-2/Smad通路参与了Sr促进BMSCs成骨分化。

IGF-1介导MAPKs通路在C3H10T1/2细胞成骨分化中的作用

目的探究胰岛素样生长因子1(IGF-1)介导丝裂原活化蛋白激酶(MAPKs)信号通路在C3H10T1/2细胞成骨分化中的调控作用及机制。方法不同浓度IGF-1(0、5、10、20 ng/mL)培养C3H10T1/2细胞,碱性磷酸酶(ALP)与茜素红(ARS)染色检测ALP活性、钙盐沉积情况,qRT-PCR法检测成骨特性因子核心结合因子α-1(RUNX2)、成骨分化特异性因子骨桥蛋白(OPN)、骨钙蛋白(OCN)mRNA表达水平,Western Blot法检测MAPK通路蛋白磷酸化表达水平。对数期细胞分为空白组、IGF-1组、ERK通路抑制剂(PD98059)组、PD+IGF-1组、p38通路抑制剂(SB202192)组、SB+IGF-1组,qRT-PCR法检测成骨特性因子RUNX2、成骨分化特异性因子骨桥蛋白(OPN)、骨钙蛋白(OCN)mRNA表达水平。结果不同浓度IGF-1组ALP显色加深,ALP活性升高,钙盐结节形成增多,RUNX2、OPN、OCN mRNA表达水平升高,磷酸化ERK、p38、JNK蛋白表达增加,具有剂量效应(P<0.05)。与空白组比较,PD组、SB组C3H10T1/2细胞RUNX2、OPN、OCN mRNA表达水平明显降低(P<0.05),PD+IGF-1组、SB+IGF-1组C3H10T1/2细胞RUNX2、OPN、OCN mRNA表达水平明显升高(P<0.05);但与IGF-1组比较,PD+IGF-1组、SB+IGF-1组C3H10T1/2细胞RUNX2、OPN、OCN mRNA表达水平明显降低(P<0.05)。结论IGF-1促进C3H10T1/2细胞成骨分化,其作用机制可能与激活ERK信号通路和p38 MAPK信号通路有关。

骨形态发生蛋白2信号通路与骨发生发育及损伤修复

背景:骨形态发生蛋白在骨形成过程中、骨折愈合后以及骨质破坏后骨诱导方面起着重要作用,它可以作为启动调节因子和别的信号通路共同促进新骨形成。内源性骨形态发生蛋白2的调节可以作为未来骨修复领域的一个新的靶点。目的:通过分析和总结1988年以来骨形态发生蛋白信号传导通路在软骨内成骨、维持成人骨骼生长发育中的作用机制,探索骨形态发生蛋白信号通路在骨的发育以及损伤修复中的作用。方法:分别以"骨形态发生蛋白、软骨内成骨、骨修复","bonereduction"为检索词,应用计算机检索重庆维普(VIP)期刊全文数据库及PubMed数据库1998年1月至2009年12月有关文章。纳入有关骨形态发生蛋白信号通路及其作用的文献。排除与研究目的无关和内容重复者。保留34篇文献做进一步分析。结果与结论:骨形态发生蛋白信号通路诱导骨再生潜能在脊柱外科手术、骨折后愈合以及骨破坏后骨诱导等诸多领域成为研究热点。在骨形成过程中,骨形态发生蛋白也作为启动调节因子和别的信号通路相互影响共同促进新骨形成,出生后,骨形态发生蛋白也参与骨骼动态平衡的维持。在骨的微环境中,骨形态发生蛋白和其他影响骨质动态平衡的信号通路共同为诱导骨形成的合成代谢疗法提供了一个新靶点,这为骨修复时骨形态发生蛋白控制新骨的形成提供了一个新的思路。

神经肽P物质及骨形态发生蛋白信号通路在ST2细胞成骨分化过程中的作用

目的探讨神经肽P物质(SP)在ST2细胞(小鼠骨髓间充质干细胞)成骨分化过程中的作用及机制,以期为颞下颌关节骨关节炎的治疗提供依据。方法对第3代ST2细胞分别用0、10-10、10-8、10-6、10-5 mol·L-1 SP培养,24、48、72 h后采用CCK-8实验检测细胞增殖情况。以10-6 mol·L-1 SP培养第3代ST2细胞1、3、5、7 d后,采用酶联免疫吸附试验(ELISA)检测上清液中碱性磷酸酶(ALP)、Ⅰ型胶原蛋白(CollaⅠ)和骨钙素(OCN)的表达,免疫荧光染色检测细胞ALP活性。分别用SP、Noggin(骨形态发生蛋白信号通路抑制剂)、SP+Noggin和2%胎牛血清培养ST2细胞,采用ELISA法检测上清液中ALP、CollaⅠ和OCN的表达。结果 CCK-8结果显示,24、48、72 h时均以10-6 mol·L-1 SP促进ST2细胞增殖活性最为明显(P<0.01)。ELISA结果显示,ALP表达在5 d时较对照组差异最为明显(P<0.01),CollaⅠ和OCN的表达在7 d时较对照组差异最为明显(P<0.05);免疫荧光结果显示,ALP活性在5 d时最强;加入抑制剂Noggin后,ALP、CollaⅠ和OCN表达量均降低。结论 SP可促进ST2细胞增殖和成骨分化,骨形态发生蛋白信号通路可能参与了此过程。

骨形态发生蛋白-7通过TGFβ/smad信号通路抑制高糖诱导下足细胞的转分化

目的通过观察骨形态发生蛋白-7(BMP-7)对高糖环境培养下足细胞p-smad2/3、nephrin、desmin表达的影响探讨BMP-7抑制足细胞转分化机制。方法以体外培养的小鼠永生化足细胞为研究对象,将其分为以下4组:正常糖组(NG组,含D-葡萄糖5.5mmol/L)、高糖刺激组(HG组,含D-葡萄糖30mmol/L)、高糖+BMP-7干预组(BMP-7组,含D-葡萄糖30mmol/L+400ng/ml rhBMP-7)、甘露醇对照组(MN组,含D-葡萄糖5.5mmol/L+甘露醇24.5mmol/L),各组干预时间为48h,应用荧光定量PCR法检测足细胞nephrin、desmin mRNA表达量,Western blot检测足细胞p-smad2/3、nephrin、desmin蛋白表达量。结果正常状态下足细胞高表达nephrin,少量表达psmad2/3、desmin;高糖刺激可以上调足细胞p-smad2/3、desmin的表达、下调nephrin的表达(P<0.05);BMP-7与高糖共同培养在一定程度上可以抑制高糖引起的足细胞p-smad2/3表达上调,减少desmin表达,恢复nephrin表达(P<0.05);NG组与MN组之间比较p-smad2/3、nephrin、desmin表达水平无显著差异(P>0.05)。结论 BMP-7可能通过调节TGFβ/smad信号通路抑制高糖诱导足细胞转分化。

中等强度运动对去卵巢大鼠骨质疏松及骨形态发生蛋白2信号通路的影响

目的探讨中等强度运动对去卵巢大鼠骨密度、骨质代谢、骨生物力学及骨形态发生蛋白2(BMP-2信号通路的影响。方法将24只成年雌性SD大鼠随机分为假手术组、手术组与运动组,每组8只,假手术组仅切除双侧卵巢周围脂肪组织,手术组、运动组摘除双侧卵巢,摘除卵巢1周后运动组进行中等强度运动训练,共训练12周。12周后,进行股骨骨密度、生物力学、骨代谢、组织学检测,Western blotting检测股骨组织BMP-2、Runt相关转录因子2(Runx2)、Osterix及Smad1/5/8蛋白表达。结果手术组、运动组血钙、血磷、血抗酒石酸酸性磷酸酶(TRACP)浓度高于假手术组(P <0. 05),而运动组上述指标低于手术组(P <0. 05)。手术组和运动组骨密度低于假手术组(P <0. 05),而运动组高于手术组(P <0. 05)。手术组和运动组骨组织生物力学性能低于假手术组(P <0. 05),而运动组高于手术组(P <0. 05)。组织学显示,运动组骨质疏松程度轻于手术组,骨组织内BMP-2表达量多于手术组。手术组和运动组BMP-2、Runx2、Osterix及Smad1/5/8蛋白表达低于假手术组(P <0. 05),而运动组上述蛋白表达高于手术组(P <0. 05)。结论中等强度运动可改善去卵巢大鼠股骨的骨密度、生物力学性能与骨代谢,这一作用可能与BMP-2信号通路有关。

生龙接骨胶囊对骨折大鼠BMP-Smad信号通路的影响

目的探讨生龙接骨胶囊对骨折大鼠BMP-Smad信号通路的影响。方法将大鼠随机分为假手术组、模型组和生龙接骨胶囊组(600 mg/kg),建立胫骨骨折大鼠模型,给药4周后,苏木精和伊红(HE)染色评估骨折区域形态,免疫组化染色检测骨折区域Col-Ⅰ表达,Western blot法检测骨折区域组织BMP-2、Smad1、Smad4、RUNX-2、OSX、VEGF蛋白表达。制备生龙接骨胶囊含药血清,以此处理成骨细胞,CCK-8实验检测成骨细胞活力,试剂盒检测ALP活性,RT-qPCR法检测细胞BMP-2、Smad1、Smad4、RUNX-2、OSX、VEGF mRNA表达。结果X线片、HE染色和Col-Ⅰ免疫组化染色均显示生龙接骨胶囊促进了胫骨骨折愈合。与模型组比较,生龙接骨胶囊组大鼠骨折区域组织BMP-2、Smad1、Smad4、RUNX-2、OSX、VEGF蛋白表达均升高(P<0.05)。与对照组比较,生龙接骨胶囊含药血清组成骨细胞活力、ALP活性和BMP-2、Smad1、Smad4、RUNX-2、OSX、VEGF mRNA表达均升高(P<0.05)。结论生龙接骨胶囊可促进骨折愈合和成骨细胞形成,其机制可能与BMP-Smad信号通路的激活有关。

骨髓基质干细胞成骨分化过程中Wnt、骨形态发生蛋白2信号通路相关因子与辛伐他汀的作用

背景:辛伐他汀可促进体外培养的人或鼠骨髓基质干细胞向成骨细胞分化,但作用机制尚不清楚。目的:观察辛伐他汀对大鼠骨髓基质干细胞向成骨细胞分化过程中Wnt与骨形态发生蛋白2信号途径中相关因子表达的影响。方法:取6周龄雌性SD大鼠双侧股骨、胫骨全骨髓进行体外成骨细胞诱导培养。实验分为对照组及SIM组。SIM组加入浓度为10-7mol/L辛伐他汀,对照组加入等量无水乙醇和PBS。培养14d,行碱性磷酸酶染色,28d时,行vonKossa染色观察细胞外基质矿化情况;培养14,21d,免疫荧光细胞化学染色观察成骨细胞中β-catenin,Smad1/5,Cbfa1的表达及分布。结果与结论:大鼠骨髓基质干细胞经体外诱导后可分化为具有碱性磷酸酶活性和矿化细胞外基质能力的成熟成骨细胞。辛伐他汀可显著上调骨髓基质干细胞成骨分化过程中碱性磷酸酶的表达。同时,与对照组比较,SIM组β-catenin,Smad1/5,Cbfa1表达明显增多(P<0.05),且呈现明显的核内聚集趋势。说明辛伐他汀促进骨髓基质干细胞向成骨细胞分化的作用可能与调控Wnt与骨形态发生蛋白2信号通路中相关因子的表达及细胞内分布有关。

骨形态发生蛋白2/Osterix信号通路调控的前成骨细胞分化

背景:研究发现Osterix基因的表达能够受到骨形态发生蛋白2信号通路的调控,从而调节骨的形成发育。目的:分析骨形态发生蛋白2/Osterix信号通路对小鼠前成骨细胞分化的调控作用。方法:将骨形态发生蛋白2作用于前成骨细胞,利用实时定量RT-PCR法及免疫印迹法检测不同时间段Osterix m RNA和蛋白的表达水平;构建pc DNA3.1/myc-Osterix真核表达载体,并转染至前成骨细胞,利用实时定量RT-PCR法检测转染Osterix真核表达载体和骨形态发生蛋白2作用后碱性磷酸酶、骨涎蛋白、细胞外基质磷酸化糖蛋白(MEPE)的m RNA表达水平。结果与结论:(1)实时定量RT-PCR法检测结果表明骨形态发生蛋白2上调Osterix m RNA在小鼠前成骨细胞中的表达水平,并在24 h时上调作用最为显著;(2)免疫印迹法检测骨形态发生蛋白2显著上调Osterix蛋白的表达水平;(3)成功构建了pc DNA3.1/myc-Osterix真核表达载体,在转染小鼠前成骨细胞和以骨形态发生蛋白2作用后检测到碱性磷酸酶、骨涎蛋白、细胞外基质磷酸化糖蛋白的m RNA表达显著增强;(4)结果说明,骨形态发生蛋白2通过上调小鼠前成骨细胞中Osterix的表达来调控碱性磷酸酶、细胞外基质磷酸化糖蛋白等成骨标志基因的合成,表明骨形态发生蛋白2/Osterix这一信号通路在骨发育过程中具有重要作用。

骨形态发生蛋白4/Smad信号通路在小鼠原始卵泡卵母细胞凋亡中的调控作用

目的探讨骨形态发生蛋白(BMP)4/Smad信号通路在小鼠原始卵泡卵母细胞凋亡中的调控作用。方法取出生3d的雌性昆明小鼠卵巢,采用两步酶消化法,分离纯化卵母细胞,进行原代培养。将卵母细胞分为3组:正常对照组(Con组)、添加重组人BMP4组(BMP4组)、添加BMP4和BMP4抑制剂6-{4-[2-(1-呱啶基)乙氧基]苯基}-3-(4-吡啶基)吡唑并(1,5-A)嘧啶(dorsomorphin)组(BMP4+抑制剂组)。采用TUNEL法,检测BMP4对卵母细胞凋亡的影响;采用免疫组织化学染色与实时定量PCR,检测BMP4对卵母细胞中p-Smad1/5/8、sohlh2、ckit及foxo3a表达的影响。采用RNA干扰技术、转染sohlh2质粒和LY294002处理,探讨BMP4/Smad信号通路在小鼠原始卵泡卵母细胞凋亡中的调控机制。结果 TUNEL结果显示,BMP4组凋亡卵母细胞比例明显低于Con组(P<0.05)和BMP4+抑制剂组(P<0.05);加入BMP4可明显促进细胞Smad入核,上调sohlh2和c-kit表达,抑制foxo3a入核;转染sohlh2 siRNA后,可明显阻断BMP4抑制卵母细胞凋亡的作用;转染sohlh2质粒后,p-foxo3a表达量显著增加,LY294002可明显抑制sohlh2促进foxo3a磷酸化的作用。结论激活BMP4/Smad信号通路可抑制小鼠原始卵泡卵母细胞的凋亡,其作用机制可能是通过上调sohlh2和c-kit基因表达,进而调控foxo3a入核而实现的。