太空微重力环境诱导骨丢失的研究进展

近年来人类对太空环境的探索逐步加深,国内外航空事业也不断取得新的突破,但与此同时太空微重力对宇航员身体带来的健康威胁也愈加明显,其中骨丢失已成为影响宇航员健康的首要风险。骨骼是支撑机体和维持生命活动的重要器官,它赋予我们基本的形态并帮助我们完成各项运动,对力学载荷十分敏感,流体剪切力、牵拉力、失重、超重等力学刺激都可影响骨骼的动态平衡[1]。

TRPV4在氧化应激相关疾病中的作用及其机制研究进展

瞬时受体电位香草素受4型通道蛋白(Transient receptor potential vanilloid 4,TRPV4),因其对Ca 2+的高通透特性引起了学术界广泛关注。近几年相关研究表明,TRPV4与氧化胁迫的发生密不可分;在众多疾病发生、发展过程中均伴随过度的氧化应激。鉴于目前抗氧化应激药物的临床应用尚不理想,并且与TRPV4通道有关的药物已逐渐进入临床研究,因此探索TRPV4通道在氧化应激中的作用及机制意义非凡。

松脂醇二葡萄糖苷促进体外培养成骨细胞骨形成的作用研究

目的探讨松脂醇二葡萄糖苷对体外培养成骨细胞骨形成的作用。方法应用分次酶消化法得到大鼠乳鼠颅骨成骨细胞,随机分为空白组和实验组,通过不同浓度松脂醇二葡萄糖苷处理检测成骨细胞碱性磷酸酶活性,确定最佳作用浓度后行钙化结节染色,检测成骨细胞成骨相关蛋白和基因表达情况。结果松脂醇二葡萄糖苷处理成骨细胞的最佳作用浓度为1×10^(-6) mol/L(P<0.01)。1×10^(-6) mol/L松脂醇二葡萄糖苷处理成骨细胞后钙化结节形成程度明显高于空白组。与空白组相比,1×10^(-6) mol/L松脂醇二葡萄糖苷处理后成骨细胞BMP-2、RUNX-2和OSX基因和蛋白表达显著升高(P<0.05或P<0.01)。结论1×10^(-6) mol/L松脂醇二葡萄糖苷可以促进体外培养成骨细胞的骨形成,增加钙化结节面积,并可升高成骨相关蛋白基因表达水平。

低频脉冲电磁场通过IGF-1R/NO信号通路促进大鼠颅骨成骨细胞成熟及矿化

目的:观察低频脉冲电磁场(PEMF)是否通过胰岛素样生长因子1受体(IGF-1R)/一氧化氮(NO)信号通路促进大鼠颅骨成骨细胞成熟及矿化。方法:体外分离培养乳鼠颅骨成骨细胞,传代后随机分成9组,每天用50 Hz 0.6 mT PEMF处理不同的时间,通过检测成骨细胞中NO含量确定PEMF最佳处理时长。将传代后的成骨细胞随机分成空白对照组、PEMF组、GSK(IGF-1R阻断剂)组、PEMF+GSK组,PEMF处理成骨细胞3 d后,采用蛋白质印迹法检测蛋白激酶(AKT)、诱导型一氧化氮合酶(iNOS)和cGMP依赖性蛋白激酶(PKG)蛋白表达水平;PEMF处理第6天时测定碱性磷酸酶(ALP)活性;PEMF处理第12天时采用茜红素染色法观察钙化结节形成情况。结果:经1.5 h电磁场处理后的成骨细胞中NO含量显著提高(P<0.01),遂后续采用PEMF处理1.5 h。与空白对照组比较,PEMF组AKT、iNOS、PKG蛋白表达量增加(均P<0.01),ALP活性升高(P<0.05),且茜红素染色面积增大(P<0.01);GSK组AKT、iNOS、PKG蛋白表达量减少,ALP活性降低(P<0.05),茜红素染色面积最小(P<0.01);PEMF+GSK组上述实验结果均高于GSK组但低于PEMF组(P<0.05或P<0.01)。结论:PEMF可能通过IGF-1R/NO信号通路促进大鼠颅骨成骨细胞成熟与矿化。

木香烃内酯对体外培养大鼠骨髓间充质干细胞成骨性分化的影响

目的研究木香烃内酯对体外培养大鼠骨髓间充质干细胞(BMSCs)成骨性分化的影响。方法取SPF级SD大鼠股骨及胫骨全骨髓,利用全骨髓贴壁培养法进行BMSCs原代细胞培养。将培养后的细胞分为木香烃内酯组(用10^(-5)~10^(-8) mol/L木香烃内酯干预)和对照组(用等体积二甲基亚砜木香烃内酯载体溶液干预)。干预9 d后检测碱性磷酸酶(ALP)活性,以筛选木香烃内酯最佳作用浓度;后用最佳作用浓度的木香烃内酯对体外培养原代BMSCs进行干预,干预12 d后行茜素红染色观察钙化结节形成情况,干预24 h后采用RT-PCR法检测BMP-2、RUNX-2和CollagenⅠ基因表达情况,干预48 h后采用Western blot法检测BMP-2、RUNX-2和CollagenⅠ蛋白表达情况。结果10^(-6) mol/L木香烃内酯干预大鼠BMSCs 9 d后ALP活性最高,确定此为其最佳作用浓度;木香烃内酯组钙化结节阳性克隆数显著高于对照组(P<0.01);木香烃内酯组成骨活性相关基因和蛋白BMP-2、RUNX-2和CollagenⅠ表达显著高于对照组(P<0.05或P<0.01)。结论10^(-6) mol/L木香烃内酯可促进体外培养BMSCs成骨性分化。

葛根素对尾吊大鼠发生废用性骨质疏松的防治作用

目的探讨葛根素对尾吊大鼠发生废用性骨质疏松模型的防治作用。方法将30只2月龄Wistar雌性大鼠采用数字表法随机分为3组:对照组(Control组,n=10)、尾吊组(HLS组,n=10)、尾吊+葛根素组(HLS+Pur组,n=10)。HLS+Pur组给予15. 4 mg/(kg·d)葛根素配制成的混悬液灌胃,Control组和HLS组灌同等体积的蒸馏水,每周测1次体质量,根据体质量调整灌胃剂量。4周后腹主动脉采血处死,检测大鼠离体左侧股骨骨密度(bone mineral density,BMD)和椎骨BMD、骨生物力学和骨形态计量学参数、血清骨代谢生化指标改变。结果与Control组相比,HLS组股骨(0. 110±0. 002)、椎骨离体BMD (0. 124±0. 004),骨生物力学参数均下降,差异有统计学意义(P<0. 01),骨形态计量学参数中,标记后荧光间距明显较小(32. 790±6. 698),VG (Van. Gieson法)色示骨小梁数目减少(2. 873±0. 353)、骨小梁厚度变薄(70. 604±4. 012)、骨小梁分离度变大(433. 493±26. 047),差异均有统计学意义(P<0. 01)。此外,血清骨形成指标1型前胶原氨基末端肽(procollagen 1 N-terminal peptide,P1NP)含量降低(166. 259±66. 065)(P<0. 05),骨吸收指标1型胶原C端肽(collagn 1 C-terminal peptide,CTX-1)含量增加(61. 805±19. 930)(P<0. 01);与HLS组相比,HLS+Pur组股骨BMD (0. 117±0. 004)、椎骨BMD (0. 131±0. 003)、骨生物力学、骨形态计量学均有不同程度改善(P<0. 01)。结论葛根素对尾吊大鼠发生废用性骨质疏松具有良好的防治作用,可为开发葛根类抗废用性骨质疏松药物奠定基础。

脉冲电磁场对模拟高原环境下大鼠骨折愈合的影响

目的研究脉冲电磁场干预对模拟高原环境下大鼠骨折愈合的影响。方法选取36只6~8周龄、体质量(220±10)g的雄性Wistar大鼠,采用圆锯截断加克氏针髓内固定法建立大鼠股骨中段骨折模型。造模成功后大鼠随机分为平原对照组、高原对照组、高原电磁场治疗组,每组12只。将高原对照组及高原电磁场治疗组放入低压氧舱,在模拟高原海拔5000 m环境中饲养,平原对照组饲养于本院SPF级动物实验中心(海拔1400 m)。高原电磁场治疗组采用50 Hz、0.6 mT、50%占空比的脉冲电磁场处理,90 min/d,其余2组在各自饲养环境下做相同处理但设备不通电。每2周对3组大鼠行X线检查并予影像学评分,开始实验8周后采用三点弯曲试验测量骨痂处弹性模量及最大载荷值,开始实验4、8周后分别使用显微CT对标本扫描分析。结果实验期间平原对照组及高原电磁场治疗组骨折X线骨痂评分均高于高原对照组(P<0.05),平原对照组与高原电磁场治疗组相比差异无统计学意义(P>0.05)。开始实验8周后,高原对照组股骨弹性模量、最大载荷均低于平原对照组与高原电磁场治疗组(P<0.05),平原对照组与高原电磁场治疗组比较差异无统计学意义(P>0.05)。显微CT扫描结果显示,高原对照组骨折愈合较其他2组缓慢。结论脉冲电磁场干预可以提高模拟高原环境下骨折大鼠骨形成能力,促进骨痂形成,提高股骨强度,使骨折愈合情况与平原低海拔地区相近。

脉冲群电磁场对体外培养成骨细胞增殖与矿化的影响

目的研究脉冲群电磁场对体外培养大鼠成骨细胞(ROBs)增殖与矿化的影响。方法将原代培养大鼠乳鼠颅骨成骨细胞随机分为对照组、脉冲组、脉冲群组,对照组:将ROBs放入线圈内90 min/d,但不通电;脉冲组:ROBs予50 Hz、0.6 mT、占空比为50%的脉冲电磁场处理90 min/d;脉冲群组:ROBs予主脉冲频率10 Hz、子脉冲频率500 Hz、0.6 mT的脉冲电磁场处理90 min/d。分别检测3组细胞增殖、碱性磷酸酶(ALP)活性、钙化结节数量和面积及骨形成相关因子ALP、BMP-2、RUNX-2、OSX的基因表达情况。结果处理3 d后,与对照组相比,脉冲组和脉冲群组均可显著刺激细胞增殖(P<0.01)。处理6、9 d后脉冲组ALP活性显著高于对照组(P<0.01),而处理3、6、9 d后脉冲群组ALP活性均显著高于对照组(P<0.05或P<0.01)。处理12 d后,脉冲群组和脉冲组钙化结节数量多于对照组,钙化结节面积大于对照组,差异有统计学意义(P<0.01)。处理3 d后,脉冲群组和脉冲组ALP、BMP-2、RUNX-2和OSX基因表达水平均显著高于对照组(P<0.01)。脉冲群组仅处理3 d后ALP活性显著高于脉冲组(P<0.05),余指标虽高于脉冲组,但比较差异无统计学意义(P>0.05)。结论脉冲群电磁场可促进体外培养ROBs的增殖与矿化,可为促进骨形成提供更为广阔的研究思路。

基于影像学评价正弦电磁场对大鼠股骨骨折的影响

目的基于影像学客观评价正弦电磁场对大鼠股骨骨折愈合的影响。方法选取SPF级Wistar雄性大鼠40只,股骨骨折模型建立成功后随机分为模型对照组和正弦电磁场治疗组,模型对照组不采取任何治疗手段,正弦电磁场治疗组每天给予50 Hz、1.8 mT电磁场治疗1.5 h,每2周对所有大鼠行X线检查观察骨折愈合情况。开始实验4周和(或)8周后,处死大鼠,取出主要脏器行器官指数计算和病理学观察,取术侧股骨行显微CT扫描、生物力学测定、骨组织病理学检测。结果开始实验8周后,2组大鼠主要脏器的器官指数比较差异无统计学意义(P>0.05),组织病理学表现也未见明显异常改变。开始实验2、4、6周后,正弦电磁场治疗组X线骨痂评分显著高于模型对照组(P<0.01);开始实验4、8周后显微CT显示正弦电磁场治疗组骨痂生长情况及骨折愈合情况明显优于模型对照组。开始实验8周后,与模型对照组比较,正弦电磁场治疗组弹性模量显著升高(P<0.01),而2组最大载荷与断裂点载荷比较差异均无统计学意义(P>0.05)。骨组织病理学观察显示,正弦电磁场治疗组骨痂组织中可见大量成熟的骨组织,排列相对整齐,而模型对照组骨折断端主要以纤维软骨细胞为主,钙化不明显。结论正弦电磁场对股骨骨折大鼠骨折愈合具有良好的促进作用,可明显促进骨痂生长,改善骨组织形态学。

葛根素对废用性骨质疏松大鼠模型的防治作用及机制研究

探讨葛根素(puerarin,Pur)对废用性骨质疏松(disuse osteoporosis,DOP)大鼠模型的防治作用及可能机制。2月龄健康Wistar雌性大鼠30只,随机数字表法分组为对照组(Control)、尾吊组(HLS)、尾吊时服用葛根素组(HLS+Pur),每组10只。通过尾巴悬吊法建立废用性骨质疏松模型,HLS+Pur组每天给予15.4 mg·kg^(-1)葛根素混悬液,Control组和HLS组分别灌服等体积蒸馏水。28 d后,腹主动脉采血处死大鼠,摘取大鼠主要脏器,剥离大鼠骨组织,计算大鼠各器官系数并镜下观察脏器组织病理学情况,进行骨密度检测和骨生物力学实验,骨组织切片后观察双荧光标记和VG染色结果,测定血清骨代谢生化指标。各组大鼠器官系数无统计学意义,脏器病理学检测未见明显异常;骨密度结果显示,葛根素能大幅度提升尾吊引起的胫骨和椎骨的骨密度下降;骨生物力学参数结果表明,葛根素能有效增加胫骨和椎骨的最大载荷和弹性模量;荧光标记观察发现,葛根素用药期间,荧光间距变大,骨形成增强;VG染色结果证明,与HLS组相比,葛根素组骨小梁数目增多、骨小梁厚度变宽但骨分离度减小,极大地改善了尾吊之后的骨微结构;此外血清生化指标显示,葛根素能促使骨形成指标骨钙素(osteocalcin,OC)含量明显增加,同时显著抑制骨吸收指标抗酒石酸酸性磷酸酶5b(tartrate-resistant acid phosphatase 5b,TRACP 5b)的生成。葛根素对废用性骨质疏松大鼠模型具有防治作用且效果良好,其作用机制可能与促进骨形成和抑制骨吸收有关。

正弦交变电磁场提高成骨细胞活性的时间效应及其信号转导机制

目的研究50 Hz 1.8 mT正弦交变电磁场(SEMFs)提高成骨细胞活性具有时间效应的信号转导机制。方法将新生大鼠颅骨成骨细胞(ROBs)置于自制螺线管产生的均匀磁场中,待磁场处理30、60、90、120和150 min后,分别检测胞内碱性磷酸酶(ALP)活性,并用Western blot法检测Runx-2、Smad1/5/8和MAPK蛋白表达量,用双荧光素酶报告基因检测Wnt信号途径的激活水平,用免疫荧光染色法观察Smad1/5/8和β-catenin发生核转位情况,用特异性阻断剂抑制p38 MAPK后检测ALP活性变化情况。结果SEMFs可提高ROBs的ALP活性,对照组、干预30、60、90、120和150 min分别为45.53±3.24、51.41±5.21、59.47±4.02、67.56±4.68、63.69±3.92、58.16±3.61,其中90 min时达到最高值,之后趋于下降。Runx-2、Smad1/5/8、p38 MAPK和β-catenin的蛋白表达量也增加,90 min时达到峰值,之后逐渐恢复正常水平。Wnt信号途径ALP活性,对照组、干预30、60、90、120和150 min分别为0.49±0.06、0.52±0.09、0.75±0.05、0.77±0.42、0.58±0.08、0.42±0.09,同样在90 min达到最高活性,同时β-catenin和Smad1/5/8的核转位也达到最高水平。用SB 203580特异性抑制p38 MAPK前对照组和SEMFs组ALP活性分别为44.60±3.84、71.54±7.34,抑制后SB203580和SEMFs+SB203580分别为52.08±0.83、52.15±10.77,说明抑制后不能提高ALP活性。结论50 Hz 1.8 mT SEMFs通过激活BMP/Smad1/5/8、Wnt/β-catenin和p38 MAPK信号途径提高成骨细胞活性,最佳日处理时间为90 min。