论 著・ 中国当代医药2015年9月第22卷第27期 抑制骨髓问充质干细胞成脂分化能力对骨质疏松 早期疗效的实验研究 周彪 安奇君 刘 强z 1.山西医科大学,太原030001;2.山西医学科学院山西大医院骨科,太原030032 【摘要】目的探讨抑制骨髓间充质干细胞(BMSCs)成脂分化能力对骨质疏松(OP)的早期疗效。方法选取雌性 sD大鼠40只,采用背侧人路摘除卵巢法建立大鼠OP模型。随机分为4组:A组(假手术组)、B组(模型组)、C组 (BMSCs治疗组)、D组(RNAi转染BMSCs治疗组),每组10只。造模后7 d经尾静脉分别注射生理盐水、10%胎 牛血清的LG-一DMEM培养液、BMSCs、RNAi转染BMSCs,BMSCs来自课题组从sD大鼠骨髓中提取并经过流式细 胞仪和诱导分化染色鉴定的BMSCs,RNAi转染BMSCs来自课题组前一部分体外实验中使用腺病毒转染后的 BMSCs。干预后.依照分组行骨密度(BMD)、骨转换标志物检测。比较4组大鼠的骨转换标志物在OP早期骨形成 与骨吸收过程中的变化。结果D组的BMD显著高于B、c组(P<0.05),而与A组差异无统计学意义(尸>0..05);D组 的P I NP高于B、C组(P<0.05),而与A组差异无统计学意义(Jp>0.05);D组的p—CTX低于B、C组(尸<0.05),而 与A组差异无统计学意义(P>O.05)。结论RNAi转染BMSCs可提高去势大鼠的BMD,促进骨形成。 f关键词】RNA干预;骨髓间充质干细胞;骨质疏松;骨密度;I型前胶原氨基端前肽;p—I型胶原羧基端肽 【中图分类号】R681 【文献标识码】A 【文章编号】1674---4721(2015)09(c)一0014—03 Experimental study of restraining fat diferentiation ability of bone mar— row mesenchymall stem cells for early curative effect of osteoporosis ZHOU Bt∞i AN Qi-junl LIU Qiand‘ 1.Shanxi Medical University.,Taiyuan 030001,China;2.Department of Orthopedic,Shanxi Academy of Medical Sciences., Shanxi Dayi Hospital,Taiyuan 030032,China [Abstract]Objective To explore the early curative effect of restraining fat differentiation ability of bone marrow me&一 enchymal stem cells(BMSCs)'in osteoporosis(OP).Methods 40 female SD rats were selected.Osteoporotic of rats model was established by dorsal approach ovary removal method.Rats were randomly divided into four groups:group A('sham— operated group),roup B(gmodel group),group C(BMSCs treatment group)and group D【'RNAi transfection BMSCs treat— ment group).Each group has 10 rats.After 7 days moldeling.rats in four groups were injected saline,LG—DMEM culture contained 10%fetal bovine serum,BMSCs and RNAi transfe,:ction BMSCs.BMSCs were extracted from SD rat bone mar— row of and identified by flow cytometer and induced differentiation dyeing.RNAi transfection BMSCs were from the transfected BMSCs of adenovirus used for the former parts of/n vhro experiment in research group.After intervention, bone mineral density(BMDJ1 and markers of bone turnover were tested according to grouping.The change of bone turnover markers of rats in bone formation and bone resorption of the early osteoporosis was compared among four groups.Re- suits BMD in group D was higher than that of group B and C .05)Snt had no signiifcant difference compared with group A(P>0-05).PINP in group D was higher than that of group B and C(P<0.05),but had no signiifcant difference compared with group A(P>0.05).[3-CTX in D group was lower than that of group B and C(P<0.05),but had no signiifcant differ- enee compared with group A(尸>0.05).Conclusion RNAi transfection BMSCs can improve BMD of castration rats and pro— mote bone formation. [Key words]RNA interference;Bone marrow mesenehymal stem cells;Osteoporosis;Bone mineral density;Procollagen type I N-terminal propeptide;13-一C-terminal cross一-linking telopapti ̄of type I collagen 骨质疏松症(osteoporosis.OP)是以低骨量和骨组 到2亿以上,占总人数的l5%左右,在我国60岁以上 织微细结构破坏为特征,导致骨脆性和骨折危险陛增 的老年人中约30%患有OWJ,其不仅增加社会负担和 加的一种全身骨骼性疾’病【”。在我国。OP患者已经达 经济负担,而且降低生活质量甚至还可能导致残疾。 通讯作者 我们课题组在前期体外实验研究中发现,Evi l基 瀚 CHINA MODERN MEDICINE Vo1.22 No.27 September 201 5 中国当代医药2015年9月第22卷第27期 ・论 著・ 因在骨髓间充质干细胞(BMSCs)向脂肪分化的过程 0.05),而与A组差异无统计学意义(P>0.05),D组的 中起决定性作用,通过RNA干扰技术抑制其表达,阻 P I NP显著高于c组(P<O.05);D、C组的p—cTx显著 断BMSCs的脂肪分化过程,同时又促进BMSCs的成 低于B ̄Jt(P<O.05),而与A组差异无统计学意义(尸> 骨分化。本实验以SD大鼠制备OP模型,观察Evil O.O5),D组的 —CTx显著低于C组(火O.05)(表1 o 基因在动物体内是否存在同样的作用。 1材料与方法 表1 4组股骨BMD、P I NP、13一CTX的比较(i±s。n=40) 1.1实验动物与试剂 选取健康雌性sD大鼠40只,体重为180~250 g, 由北京军事医学科学院实验动物中心提供(批号: SCXK2007—004)。BMSCs来自课题组从SD大鼠骨髓 中提取并经过流式细胞仪和诱导分化染色鉴定的 与B组比较,.P<O.05;与C组比较, P<0.05 BMSCs.RNAi转染BMSCs来自课题组前一部分体外 实验中使用腺病毒转染后的BMSCs。I型前胶原氨基 3讨论 端前肽(procollagen type I N—terminal propeptide, 常用于OP的模型动物有大鼠、小鼠、犬、兔、羊、 P I NP)和13一I型胶原羧基端肽(B—C—terminal cross— 灵长类动物等【3J。大鼠骨代谢与人有许多相似之处,随 linking telopeptide of type I collagen.13一CTx)ELISA试 年龄增长出现骨量丢失,具有与人相似的骨松质分布 剂盒由上海科敏生物科技有限公司提供。 及重建功能,卵巢切除后出现较高的骨转化率并对性 1.2方法 激素有与人相似的反应性等 ,雌性大鼠去势导致的 1.2.1模型制备采用经典的卵巢去势法。以脊柱两侧 骨量丢失和人类绝经后OP有许多相似之处[51。大鼠 为人路完整摘除双侧卵巢,结扎输卵管。 成为建立OP模型应用最广的动物。 1.2.2动物分组及处理将雌性SD大鼠随机分为4组: 目前利用双光能x线吸收法(dualenergy X—ray A组(假手术组)、B组(模型组)、C组(BMSCs治疗 absorptiometry,DXA)测量BMD是诊断OP的重要手 组)、D组(RNAi转染BMSCs治疗组),每组10只。假 段[6]。因此在本实验开始前已经对4组SD大鼠的双 手术组仅切除卵巢周围些许脂肪,未摘除卵巢;B、C、 侧股骨使用组织钳钝性分离其软组织,并在测量过程 D组大鼠均建立OP模型。在去势7 d后,A、B组经尾 中选了4组大鼠右侧股骨测量BMD并记录其面积 静脉分别注射1 ml DMEM低糖培养液;C、D组分别 (cm2)、骨矿含量(g),最大限度地减少主观因素所带 注射1 ml BMSCs(1xlO )和RNAi转染BMSCs(1× 来的误差,以便分析其统计学意义。 10 )。尾静脉注射后28 d采获血液与大鼠双侧股骨 本实验结果显示,D、c组的BMD显著高于B组 标本。 (P<0.05),而与A组差异无统计学意义(P>O.05),说 1.2.3骨密度(b0ne m1 ne ra]dens1 ty,BHD)澳4定 明RNAi转染BMSCs和BMSCS能够避免大鼠去卵 使用XR一46双能光子骨密度仪测定大鼠右侧股骨标 巢后发生骨量丢失现象,且未达到正常骨量。D组的 本的BMD。 BMD显著高于c组(P<0.05).提示RNAi转染BMSCs 1.2.4骨转换生化标志物检测骨转换生化标志物包 更能减少股骨骨量丢失 括骨形成标志物(P I NP)和骨吸收标志物(B—CTx)。 目前,P I NP和B—CTx是常见的骨形成及骨吸 分别于干预后28 d.4组大鼠麻醉后,开腹暴露腹主 收标志物㈣,骨转换生化标志物检测中,P I NP是反 动脉。经腹主动脉采获血液标本.ELISA试剂盒检 映成骨细胞功能状态的直接或间接产物,是鉴定细胞 测I型前胶原氨基端前肽和I型胶原羧基端肽。 骨向分化的重要标志【91。本实验中,D、c组的P I NP 1.3统计学分析 显著高于B组(P<0.05),而与A组差异无统计学意义 数据采用SPSS 19.0统计软件进行分析,计量资料 (P>0.05),说明RNAi转染BMSCs和BMSCs能够避 以E+s表示。组间比较采用单因素方差分析。以P< 免大鼠去卵巢后成骨细胞中大量的I型前胶原分泌 0.05为差异有统计学意义。 到细胞外,且未达到正常水平。D组的P I NP显著高 2结果 于c组(P<0.05),说明RNAi转染BMSCs可使大鼠去 D、c组的BMD显著高于B组(P<0.05),而与 卵巢后成骨细胞中大量的I型前胶原分泌到细胞外 A组差异无统计学意义(尸>O.05);D组的BMD显著高 水平优于BMSCs。B—CTx是反映骨吸收过程中破骨细 于C组(/9<0.05);D、C组的P I NP显著高于B组(P< 胞分泌的骨组织产物。本实验中,D、C组的B—CTx CHINA MODERN MEDICINE Vo1.22 No.27 September 201 5鞠黛 ・论 著・ 中国当代医药2015年9月第22卷第27期 显著低于B组(P<O.05),而与A组差异无统计学意义 展探讨[J].无线互联科技,2014,(4):224. 3】张萌萌.中国老年学学会骨质疏松委员会骨代谢生化指 (P>O.05),说明RNAi转染BMSCs和BMSCs能够避 [免大鼠去卵巢后骨吸收过程中骨胶原降解。且未达到 正常水平。D组的B—cTx显著低于c组(尸<0.05),说 中骨胶原降解低于BMscs嘲。 BMSCs是在各种因素诱导下可以分化为成骨细 胞、脂肪细胞、神经元等。成骨细胞通过分泌骨基质作 标临床应用专家共识【J].中国骨质疏松杂志,2014,20(1 1): 1263—1272. 4]Pe6s P,Alvarez L,Monegal A,et 01.Biochemi calmarkers 明RNAi转染BMSCs可使大鼠去卵巢后骨吸收过程 【of bone turnover after surgical menopause and hormone replacement therapy[J].Bone,1999,25(3):349-353. [5】Nakasato YR,Janckila AJ,Halleen JM,et 01.Clinical sig— niicance of immunoassays ffor type-5 tartrate-resistant 用成骨,在矿物质代谢、血管再生、骨的再吸收过程中 acid phosphatase[J].Clin Chem,1999,45(12):2150—2157. 有重要作用l】0J。当BMSCs的分化能力改变时可能会 [6]刘晓建,王猛,刘杰,等.右侧股骨近端骨密度测量价值 导致疾病的发生[“]。OP中骨形成减少的病理核心是 的探讨[J1.中日友好医院学报,2014,28(6):347—349. 成骨细胞数量和功能下降 ,因此可以通过诱导干细 [7】Li M,IJi Y,Deng W,et 01.Chinese bone turnover marker 胞向成骨细胞分化来增加成骨细胞的数量从而用于 study:reference ranges for C—terminal telopeptide of type OP的治疗。干细胞分化受到多种因素的影响,激素、 I collagen and procollagen I N—terminal peptide by age 细胞因子等都会影响其分化方向.促进其向成骨细胞 或异体干细胞移植.激素或细胞因子体外注射诱导体 and gender[J].PLoS One,2014,9(8):e103841. 8]欧萌萌,黄建荣丝经后妇女骨贡疏松症患者血清中p_Cross. 分化【 。目前通过干细胞治疗OP的方法主要有自体 [1aps、P I NP和N—MID检测的评价 标记免疫分析与 临床,2011,18(4):238—240. 【9】Chachra D,Lee JM,Kasra M,et a1.Differential effects of ovariectomy on the mechanical prooperties of cortical and 内干细胞分化,体外物理作用诱导干细胞分化f 。张 晖争・5】用Lentivirus载体构建了可以在间充质干细胞 内稳定表达针对过氧化物酶增殖体激活受体基因序 列的小干扰RNA,将基因修饰的间充质干细胞注射 于骨质疏松的动物模型。目前,实验已经证实,通过干 细胞可以达到治疗OP的目的.由于其改变了骨代 cancellous bones in rat femora and vertebrae【J].Biomed Sci lnstrum,2000,36:123—128. 【10]W ̄anabe K,Ikeda K.Osteoblast differentiation and bone formation[J].Nippon Rinsho,2009,67(5):879—886. 谢.因此可以从根本上治疗OPt ,期望通过RNAi转 [1 1]Yamaza T,Miura Y,Bi Y,et .Pharmacologic stem cell 染BMSCs后对骨质疏松过程促进骨转换过程促进成 骨,抑制成脂,在最大程度上提高RNAi转染BMSCs 骨质疏松形成过程中促进成骨带来更加确切的效 果。而实验的结果也表明了大鼠OP早期RNAi转 based intervention as a new approach to osteoporosis treatment in rodents[J].PLoS One,2008,3(7):e2615. 12】Gruber R.Cell biology of osteoimmunology[J].Wien Med 的存活率与其他继发因素带来的连锁反应,可能会为 [Wochenschr,2010,160(17-18):438—445. 【l3]Justesen J,Stenderup K,Kassem MS.Mesenchymal stem cells.Potential use in cell and gene therapy of bone loss 染BMSCs可以促进成骨。通过以往的研究和实验结 果。相信随着分子生物学的发展,RNAi转染BMSCs 会被越来越广泛地应用于OP治疗中,为OP治疗提供 新思路。 caused by aging and osteoporosis[J].Ugeskr Laeger,200 1, 163(40):5491—5495. [14]贾懿劫,田京.干细胞治疗骨质疏松症的可能与可行fJ】. 中国组织工程研究与临床康复,2012,12(1):148—152. 【参考文献】 [1】王晓光,孙运德.骨质疏松药物治疗研究进展[J】.中国医 【l5】张晖,程惊秋,黄强,等.瞬时干扰PPAR ̄/基因促进酒 精诱导下人骨髓基质干细胞成骨分化的实验研究[J]. 中华医学杂志,2008,88(37):2603—2608. 药,2012,7(5):652—654. 【2】郭劲宇,耿晨杰.骨质疏松症的流行病学趋势与防治进 (收稿日期:2015—05—15本文编辑:许俊琴) 簟麓CHINA MODERN MEDICINE Vo1.22 No.27 September 201 5