补骨脂素对TCP磨损颗粒所致大鼠成骨细胞损伤的干预作用及其机制

目的:探讨补骨脂素(psoralen)对TCP磨损颗粒诱导成骨细胞损伤的影响及其分子机制。方法:通过消化法从SD大鼠乳鼠颅骨中获取原代的成骨细胞,应用碱性磷酸酶(ALP)染色鉴定成骨细胞。TCP磨损颗粒(0.1 mg/ml)与成骨细胞共孵育48 h构建成骨细胞损伤的体外实验模型,实验随机分为正常对照组(Control)、模型(TCP)组和psoralen(10-7 mol/L、10-6 mol/L和10-5 mol/L)组。WST法和流式细胞术分别检测各组成骨细胞活性变化和凋亡情况;化学比色法检测成骨细胞中ALP活性;各组成骨细胞培养14 d后应用茜素红S染色观察矿化结节形成。Western blot法检测各组成骨细胞中葡萄糖调节蛋白78/94(GRP78/94)、肌醇依赖酶1α(IRE1α)、剪切型X盒结合蛋白1(XBP1s)和磷酸化c-Jun氨基末端激酶(p-JNK)等蛋白质的表达。结果:与Control组比较,TCP组成骨细胞活性、ALP活性和矿化结节的生成显著降低(P<0.05),细胞凋亡率、GRP78/94、IRE1α、XBP1s和p-JNK等蛋白质表达明显增加(P<0.05);与TCP组比较,补骨脂素各组成骨细胞损伤情况明显减轻,细胞凋亡率显著减少(P<0.05),GRP78/94、IRE1α、XBP1s和p-JNK等蛋白质表达也明显下降(P<0.05)。结论:补骨脂素可抑制TCP磨损颗粒诱导的IRE1α-XBP1s-JNK信号通路的激活,阻止TCP颗粒所致的成骨细胞损伤及凋亡。

氧化应激对磷酸三钙磨损颗粒诱导的假体周围骨溶解的影响及其机制

目的:探讨氧化应激对磷酸三钙(TCP)磨损颗粒诱导的假体周围骨溶解的影响及其作用机制。方法:36只雄性ICR小鼠随机分为3组(n=12):假手术(Sham)组、TCP磨损颗粒(TCP)组和N-乙酰-L-半胱氨酸(NAC)组。将TCP磨损颗粒30 mg包埋于小鼠颅骨顶部构建假体周围骨溶解模型,于术后第2天颅顶骨膜局部注射NAC(1.0 mg/kg),隔日1次,持续2周后处死动物采血、取颅骨。抗酒石酸酸性磷酸酶(TRAP)染色观察小鼠颅骨假体周围骨溶解情况; ELISA和化学比色法检测血清中肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白介素-1β(IL-1β)、白介素-6(IL-6)和总抗氧化能力(T-AOC)含量及超氧化物歧化酶(SOD)活性; Western blot检测假体周围骨组织中内质网应激标志蛋白葡萄糖调节蛋白78(GRP78)、蛋白激酶R样内质网激酶(PERK)、磷酸化PERK(p-PERK)、真核细胞翻译起始因子2α(eIF2α)和磷酸化eIF2α(p-eIF2α)的表达。结果:与Sham组比较,TCP组小鼠血清TNF-α、IL-1β和IL-6水平及假体周围骨溶解面积显著增加(P<0.05),T-AOC含量和SOD活性明显降低(P<0.05),GRP78蛋白质表达、pPERK/PERK和p-eIF2α/eIF2α值显著升高。与TCP组比较,NAC组小鼠血清TNF-α、IL-1β和IL-6水平及骨溶解面积明显减少(P<0.05),血清T-AOC含量和SOD活性明显增加(P<0.05),GRP78蛋白质表达、p-PERK/PERK和p-eIF2α/eIF2α值明显降低。结论:抑制氧化应激可阻止TCP磨损颗粒诱导的假体周围骨溶解,其机制可能与PERK/eIF2α通路的失活有关。

磷酸三钙磨损颗粒诱导小鼠假体周围骨细胞损伤的作用

目的:研究磷酸三钙(TCP)磨损颗粒是否能诱导小鼠颅骨假体周围骨细胞损伤,并探讨其作用机制。方法:36只雄性ICR小鼠随机分为3组(n=12):假手术组(Sham)、模型(TCP)组和3-甲基腺嘌呤(3-MA)组,采用TCP磨损颗粒30 mg置于小鼠颅骨中缝骨膜外缝合皮肤构建小鼠颅骨溶解模型。3-MA处理组小鼠于术后第2天颅顶皮下注射自噬的特异性抑制剂3-MA(1.0 mg/kg),2 d 1次,2周后处死动物取血清和颅骨。Micro-CT分析各组小鼠颅骨骨密度(BMD)、骨体积分数(BVF)和骨吸收孔(porosity)数;HE染色和流式细胞术检测各组假体周围骨细胞活性及凋亡情况;ELISA法检测各组血清中骨细胞特征蛋白牙本质基质蛋白(DMP-1)和骨硬化蛋白(SOST)水平;Western blot法检测各组假体周围骨细胞中DMP-1、SOST和自噬关键分子Beclin-1及微管相关蛋白1轻链3(LC-3)等蛋白的表达。结果:与Sham组比较,TCP组假体周围骨细胞活性明显降低,骨细胞死亡及凋亡显著增加(P<0.05),血清SOST水平及其蛋白表达明显增加,而血清DMP-1水平及其蛋白表达显著减少(P<0.05),Beclin-1表达增加,LC-3I向LC-3II转换明显增加;与TCP组比较,3-MA组假体周围骨细胞损伤明显加重,骨细胞凋亡显著增加(P<0.05)。结论:TCP磨损颗粒可通过激活凋亡和自噬而诱导假体周围骨细胞损伤,促进假体周围骨溶解和关节无菌性松动。

PI3K/Akt信号通路在磷酸三钙磨损颗粒诱导小鼠颅骨溶解中的作用

目的:研究PI3K/Akt信号通路在磷酸三钙(tricalcium phosphate,TCP)磨损颗粒诱导小鼠颅骨溶解中的作用。方法:36只雄性ICR小鼠随机分为假手术组(Sham)、模型组(TCP)和LY294002处理组,每组12只。取TCP磨损颗粒30 mg置于颅顶后缝合皮肤构建小鼠颅骨溶解模型。LY294002处理组小鼠于术后第2天颅顶局部注射PI3K抑制剂LY294002(5 mg·kg^(-1)),每周3次;假手术组小鼠颅骨顶仅注射生理盐水,注射时间与LY294002一致。2周后处死动物取骨膜和颅骨。通过Micro-CT分析小鼠颅骨溶解情况、骨密度(bone mineral density,BMD)和骨矿含量(bone mineral content,BMC);HE染色观察颅骨表面炎症反应及破骨细胞(osteoclasts)形成;Real-time PCR检测骨组织中破骨细胞生成标志物抗酒石酸酸性磷酸酶(tartrate-resistant acid phosphatase,TRAP)、组织蛋白酶K(cathepsin K,Cst K)、核因子κB受体活化因子配体(receptor activator for nuclear factor-κB kigand,RANKL)和c-Fos的m RNA水平;ELISA检测骨膜中炎症因子TNF-α、IL-1β和IL-6等水平;Western Blotting检测颅骨组织Akt、p-Akt Ser473和p-AktThr308等蛋白表达变化。结果:Micro-CT和组织形态学分析结果显示,PI3K抑制剂LY294002能明显抑制TCP磨损颗粒诱导小鼠颅骨溶解和破骨细胞形成(P<0.05),增加BMD和BMC含量(P<0.05);下调破骨细胞生成标志物TRAP、Cst K、RANKL和c-Fos等m RNA水平(P<0.05),并抑制炎症因子TNF-α、IL-1β和IL-6的释放(P<0.05);而且LY294002显著减弱TCP磨损颗粒诱导的Akt信号蛋白活化,导致p-Akt S-er473和p-AktThr308等蛋白表达明显下调(P<0.05)。结论:PI3K/Akt信号通路参与调控TCP磨损颗粒诱导的假体周围骨溶解,可作为假体周围骨溶解和关节松动的治疗靶标。

佛手苷内酯对磷酸三钙磨损颗粒所致假体周围骨溶解的影响

目的:观察佛手苷内酯对磷酸三钙(TCP)磨损颗粒所致假体周围骨溶解的影响,探讨其可能作用机理。方法:60只雄性ICR小鼠随机分为5组(每组n=12):假手术组(Sham组)、TCP磨损颗粒组(TCP组)、佛手苷内酯5 mg/kg组、佛手苷内酯10 mg/kg组和佛手苷内酯20 mg/kg组。TCP磨损颗粒30 mg包埋于小鼠颅骨顶部建立小鼠假体周围骨溶解模型,Sham组小鼠仅进行原位缝合,不包埋颗粒。Sham组和佛手苷内酯组小鼠分别于术后第2天颅顶局部注射生理盐水和佛手苷内酯,隔日1次。2周后处死动物采血、取颅骨。采用抗酒石酸酸性磷酸酶(TRAP)染色和HE染色观察小鼠颅骨假体周围骨溶解和破骨细胞生成情况;化学比色法检测血清中TRAP和组织蛋白酶K(cathepsin K)活性及乳酸脱氢酶(LDH)含量;ELISA法检测血清中肿瘤坏死因子-alpha(TNF-α)、白介素-1beta(IL-1β)、白介素(IL)-18和核因子-κB受体活化因子配体(RANKL)的水平;western blot检测假体周围骨组织中炎症小体活化相关蛋白Nod样受体蛋白3(NLRP3)和凋亡相关斑点样蛋白(ASC)及细胞焦亡标志蛋白切割型半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-1(cleaved caspase-1)和IL-1β等的表达。结果:与Sham组比较,TCP组小鼠假体周围骨溶解面积和破骨细胞生成显著增加(P<0.05)、血清中TRAP和cathepsin K活性及RANKL、TNF-α、IL-1β、IL-18和LDH水平明显升高(P<0.05),NLRP3、ASC、cleaved caspase-1和IL-1β等蛋白表达显著上调(P<0.05);与TCP组比较,佛手苷内酯组小鼠假体周围骨溶解面积和破骨细胞生成、血清中TRAP和cathepsin K活性及RANKL、TNF-α、IL-1β、IL-18和LDH水平明显减少(P<0.05),NLRP3、ASC、cleaved caspase-1和IL-1β等蛋白表达也呈明显下调(P<0.05)。佛手苷内酯对TCP磨损颗粒诱导的上述检测指标上调的抑制作用具有一定的剂量依赖性(P<0.05)。结论:佛手苷内酯可通过减弱NLRP3炎症小体活化及细胞焦亡从而阻止TCP磨损颗粒所致的假体周围骨溶解和破骨细胞生成。