50Hz 1.8mT正弦交变电磁场通过调节成骨细胞PGE_2分泌影响Opg/Rankl的基因表达

前列腺素E2(prostaglandin E2,PGE2)作为细胞因子,在骨代谢中扮演重要角色.它通过刺激成骨细胞核因子κB受体活化因子配基(receptor activator of nuclear factor kappa B ligand,RANKL)表达,促进破骨细胞的分化成熟.然而,其是否参与了电磁场调节骨代谢仍不清楚.PGE2的生物合成受到环加氧酶(cyclooxygenase,COX)的调节.在细胞中存在2种不同的环加氧酶,COX-1和COX-2.其中,COX-2是引起PGE2分泌增加的主要原因.其活性受到细胞核因子κB(nuclear factor kappa B,NF-κB)的调节.本文通过检测体外培养成骨细胞PGE2分泌,COX-2蛋白表达以及Cox-2、Opg、Rankl和Nf-κb基因表达发现,经50 Hz 1.8 m T正弦交变电磁场(sinusoidal electromagnetic fields,SEMFs)处理后,由COX-2介导的PGE2分泌以及cox-2、Nf-κb的基因表达皆下调,但Nf-κb的变化先于cox-2的变化,而opg/rankl基因表达则恰恰相反,说明电磁场通过抑制Nf-κb的转录降低由COX-2介导的PGE2的分泌,进而降低对Rankl表达的刺激作用,抑制破骨细胞的分化成熟.     

RANKL与骨重建

骨是一种动态更新的组织,它不断进行骨吸收（bone resorption）与骨形成（bone formation）的平衡,这个过程称之为骨重建（bone remodeling）．核因子κB受体活化因子配体（receptor activator of nuclear factor κB ligand,RANKL）是骨吸收和骨形成耦联的关键,具有诱导破骨细胞（osteoclast, OC）生成、活化,抑制破骨细胞凋亡的作用．RANKL最初发现于活化的T细胞,但骨重建过程中RANKL主要来源于骨细胞、成骨细胞和骨髓基质细胞．RANKL/核因子κB受体活化因子（receptor activator of nuclear factor κB,RANK）/骨保护素（osteoprotegerin, OPG）信号通路在成骨细胞调控破骨细胞生成的过程中起着重要的调节作用,是维持骨重建平衡的关键．本文就RANKL及其在骨中的分子作用机制作一综述.     

RECS1负调控肿瘤坏死因子受体2介导的NF-κB激活

RECS1(responsive to centrifugal force and shear stress gene 1)是一血液剪切力应答蛋白.RECS1基因敲除的小鼠年老时易患主动脉囊性中层坏死并表现有大动脉扩张症,暗示RECS1可能参与调控血管的发育重塑.免疫组化分析发现,RECS1基因敲除(RECS1 knockout, RECS1 KO)的小鼠主动脉基质金属蛋白酶-9（matrix metalloproteinase-9,MMP-9）的表达水平明显提高,但RECS1的结构与功能及相关作用机理仍不清楚.研究发现,RECS1是肿瘤坏死因子受体2（tumor neucrosis factor receptor 2, TNFR2）的结合蛋白质.报告基因检测实验表明,RECS1能特异地抑制TNFR2特异的激动性抗体或过量表达TNFR2诱导的核转录因子-κB（nuclear factorκB,NF-κB）活化.NPLY模体缺失突变的RECS1不能结合TNFR2,并丧失对TNFR2介导NF-κB活化的抑制能力.稳定表达RECS1的MEFS细胞中,TNFR2特异的激动性抗体诱导的IκB (inhibitor of NF-κB)降解和NF-κB靶基因白介素-6（interleukin-6,IL-6）的表达均受到明显抑制.该研究揭示了RECS1通过与TNFR2的相互作用,负调控TNFR2介导肿瘤坏死因子信号传递的新功能及RECS1参与血管发育重塑调控的可能机制.     

PGE2抑制肿瘤坏死因子诱导的成骨细胞凋亡

前列腺素E2(PGE2)通过自分泌或旁分泌方式调节成骨细胞的增殖和分化。本文以小鼠原代成骨细胞和成骨样细胞MC3T3-E1为实验材料,研究了PGE2对肿瘤坏死因子α(TNF-α)诱导的成骨细胞凋亡的调节作用。检测发现,振荡型流体剪切力(OFSS)刺激可诱导成骨细胞内环氧合酶2(COX-2)表达升高,进而促进PGE2合成,并抑制TNF-α诱导的成骨细胞凋亡。COX-2选择性活性抑制剂NS-398显著促进TNF-α诱导的成骨细胞内半胱天冬酶3(caspase-3)的激活,且呈时间依赖性。Hoechst 33258/PI染色检测发现,NS-398促使TNF-α诱导的成骨细胞膜通透性进一步增强,核染色质浓缩加剧,而PGE2可显著抑制这一效应。Caspase-3活性检测证实,NS-398显著促进TNF-α诱导的成骨细胞内caspase-3活性增强,外源性PGE2可有效对抗该效应。这些结果表明,内源性和外源性PGE2可抑制TNF-α诱导的成骨细胞凋亡发生。     

RANKL/RANK/OPG信号通路对骨代谢和血管钙化作用机制的研究现状

核因子-κB受体活化因子配体(receptor activator of nuclear factor-kappa B ligand,RANKL)/核因子-κB受体活化因子(receptor activator of nuclear factor kappa B,RANK)/骨保护素(osteoprotegerin,OPG)信号通路是调节骨代谢过程中破骨细胞功能的重要通路。OPG能够与RANKL结合并阻止其与RANK结合,抑制破骨细胞生成从而抑制骨吸收,增加骨密度,改善骨质疏松。其中,RANKL/OPG的比值是骨吸收和骨形成平衡的关键。目前血管钙化已不再被看作是单纯的钙磷的被动沉积,而是由血管平滑肌细胞和内皮细胞主动参与的一种与骨形成相似的病理生理过程。在这个过程中,RANKL/RANK/OPG信号通路也起到重要作用。本文就RANKL/RANK/OPG信号通路在骨代谢和血管钙化中的作用机制进行了综述。     

脉冲电磁场促进大鼠成骨细胞成熟与矿化依赖于NO/cGMP信号途径

脉冲电磁场(pulse electromagnetic fields, PEMFs)能够促进大鼠成骨细胞（rat osteoblast cells, ROB）成熟矿化,但是其作用机制并不明确。本实验主要研究PEMFs促进大鼠成骨细胞成熟矿化与NO/cGMP信号途径的关系,进而阐明PEMFs促进成骨细胞成熟矿化的机理。首先将成骨细胞经50Hz、0.6mT脉冲电磁场作用不同时间后,检测细胞培养液中一氧化氮(Nitric Oxide, NO)和细胞内3?-5?-环鸟苷一磷酸(3?-5?-cyclic-GMP, cGMP)的含量,以探明电磁场是否影响NO和cGMP的合成;其次,提取总蛋白,应用蛋白质印迹检测细胞内eNOS、iNOS和PKG-1的蛋白表达量;最后,利用NOS的阻断剂L-NAME抑制NO信号通路后,检测成骨性相关指标,包括碱性磷酸酶（ALP）活性、钙化结节数量、成骨性基因Bmp-2、Collagen-1、Osterix及破骨细胞调节因子Rankl基因的表达量。结果发现经PEMFs处理后,NO含量及cGMP含量均有明显升高;细胞内eNOS、iNOS和PKG-1蛋白表达量较空白对照组均有显著升高,说明PEMFs能够激活NO/cGMP信号途径。且经PEMFs处理的成骨细胞,ALP活性升高,BMP-2、Collagen-1和Osterix基因表达量显著增加,Rankl基因表达量下降,成骨细胞形成钙化结节的能力增强,当加入L-NAME,PEMFs引起的ALP活性增加、成骨性基因表达升高和钙化结节形成能力增强的趋势均被显著抑制。上述结果表明,经PEMFs处理成骨细胞成熟矿化过程中 NO/cGMP信号通路被激活;如该通路被抑制,则电磁场促成骨作用被抵消。说明脉冲电磁场促进成骨细胞成熟矿化依赖于NO/cGMP信号通路。     

SIP蛋白调节p65核转位的作用机制

核因子κB（nuclear factor-κB, NF-κB）参与转录调控许多与细胞生长、凋亡、肿瘤形成和转移、胚胎发育及炎症反应相关的基因.它的二聚体与抑制蛋白结合,如抑制蛋白κB（IκBα,β或γ）,而被滞留在细胞质中处于失活状态.然而NF-κB是否还有其它的抑制因子目前还不清楚.本研究结果表明,SIP（steroid receptor coactivator, SRC,SRC-interacting protein）是NF-κB家族的一个新抑制因子,它通过PEST结构域与NF-κB家族的p65蛋白相互作用.当细胞处于静息状态时,SIP将p65蛋白隔离于细胞质中;当有刺激因子TNFα或IL-1作用时,SIP与p65解离继而使p65进入细胞核启动下游靶基因转录激活.该研究为进一步认识NF-κB介导基因转录调控机制和相关疾病的发生发展提供了重要的理论依据.     

TNFα诱导激活NF-κB上调抑癌基因CDKN2B表达

NF-κB通过转录调控其靶基因,在肿瘤发生发展和精准治疗中起关键作用。过表达抑癌基因细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂2B（CDKN2B）可抑制肿瘤细胞增殖并诱导凋亡,但是否受NF-κB调节尚无报道。本文发现,NF-κB直接结合并上调CDKN2B基因：在TNFα处理的HeLa细胞内,CDKN2B的基因区覆盖大量NF-κB结合峰,其中富集倍数大于20的结合峰有14个。TRANSFAC软件分析发现,NF-κB结合峰内包含大量经典的κB位点。ChIP-qPCR证明,TNFα诱导NF-κB结合CDKN2B基因。将NF-κB结合峰中心区DNA片段插入荧光素酶报告基因载体中,发现该DNA片段的插入使荧光素酶相对活性上调至7.88倍,TNFα处理又使其相对活性提高到2.37倍,且NF-κB/p65 siRNA显著干扰其相对活性的升高。免疫荧光检测显示,TNFα诱导激活NF-κB进入细胞核,而NF-κB/p65 siRNA阻止它入核。此结果提示,我们成功构建了具有NF-κB转录活性差异的细胞模型,qPCR检测两个已知的NF-κB靶基因NFKB2和STAT5A的表达,进一步验证该细胞模型构建成功。利用此细胞模型,发现受TNFα诱导激活的NF-κB,能够上调CDKN2B基因。总之,本文发现抑癌基因CDKN2B是NF-κB新的靶基因,NF-κB直接结合并上调CDKN2B基因在转录水平的表达。本研究为抑癌基因CDKN2B的抗肿瘤应用奠定了基础。     

脓毒症患者中可溶性髓样细胞触发受体1、降钙素原、核因子κB水平与肠道菌群失调的相关性

本研究旨在探讨脓毒症患者中血清可溶性髓样细胞触发受体1(soluble myeloid cell trigger receptor 1,sTREM1)、降钙素原(procalcitonin,PCT)、核因子κB(nuclear factor­κB,NF­κB)水平与肠道菌群失衡的相关性。将2016年5月-2019年6月重庆市綦江区人民医院消化内科收治的86例脓毒症患者纳入脓毒症组,同期收治的未并发脓毒症患者50例纳入非脓毒症组,同期到本院进行体检的健康人50例纳入对照组,比较3组之间肠道菌群α多样性、肠道菌群含量,以及血清sTREM1、PCT、NF­κB水平的差异,并进行Spearman相关性分析。结果显示,脓毒症组Ace指数、Chao指数、Shannon指数显著低于非脓毒症组和对照组,Simpson指数显著高于非脓毒症组和对照组(P<0.05);脓毒症组类杆菌、双歧杆菌含量显著低于非脓毒症组和对照组,肠球菌、大肠埃希菌、葡萄球菌含量显著高于非脓毒症组和对照组(P<0.05);脓毒症组血清sTREM1、PCT、NF­κB水平显著高于非脓毒症组和对照组(P<0.05)。Spearman相关性分析显示,脓毒症患者中sTREM1、PCT、NF­κB水平与Ace指数、Chao指数、Shannon指数均呈负相关(P<0.05),与Simpson指数呈正相关(P<0.05)。结果提示,脓毒症患者中血清sTREM1、PCT、NF­κB水平与肠道菌群失衡有关联。     

左归丸含药血清对成骨细胞IL-1、IL-6和COX-2表达的影响

目的通过观察左归丸含药血清对成骨细胞白细胞介素-1(IL-1)、白细胞介素-6(IL-6)和环加氧酶-2(COX-2)表达的影响,探讨其治疗骨质疏松症的作用机制。方法体外分离、培养成骨细胞,实验分为3组:正常血清组、卵巢切除(OVX)血清组和OVX含药血清组。采用免疫组化法,检测成骨细胞IL-1、IL-6和COX-2的表达。结果OVX血清组成骨细胞IL-1、IL-6和COX-2的表达明显强于正常血清组,而OVX含药血清组的表达较OVX血清组明显减弱,与正常血清组比较,则无显著性差异。结论在去势状态下,左归丸可能是通过抑制成骨细胞IL-1、IL-6和前列腺素E2(PGE2)的分泌,进而达到治疗骨质疏松的作用。     

50Hz正弦交变电磁场促进体外培养成骨细胞分化成熟的双“强度窗”效应

为研究频率为50 Hz不同强度正弦交变电磁场对体外培养成骨细胞分化及基因表达的影响,体外分离培养大鼠颅骨成骨细胞,传代后随机分为15组,分别用频率50 Hz、强度为0 mT(对照)和0.9～4.8 mT(每组间隔0.3 mT)的正弦交变电磁场处理。发现:正弦交变电磁场处理3～5 d后,成骨细胞呈漩涡样分布;第9 d,1.8和3.6 mT组的碱性磷酸酶活性极显著高于对照组;第0、12、24和96 h,1.5、1.8、3.0和3.6 mT组碱性磷酸酶、骨形态发生蛋白-2和Osterix基因表达水平显著高于对照组;第10 d,1.8和3.6 mT组钙化结节数明显多于对照组。说明50 Hz、0.9～4.8 mT的正弦交变电磁场能促进体外培养成骨细胞分化成熟,并且具有较明显的双强度窗效应,其中1.8和3.6 mT作用最为明显。     

不同强度静电磁场对体外培养骨髓间充质干细胞增殖与分化的影响

本实验研究不同强度静电磁场对体外培养大鼠骨髓间充质干细胞增殖与分化作用. 体外分离培养大鼠骨髓间充质干细胞,传代后随机分为6组,分别用强度为0（对照组）、0.9、1.2、1.5、1.8和2.1 mT的静电磁场处理,每d每次处理30 min. 在磁场处理后的9~10 d ,骨髓间充质干细胞开始出现钙化小颗粒. 0.9 mT组抑制骨髓间充质干细胞增殖,1.5到2.1mT组促进骨髓间充质干细胞增殖. 在磁场处理后的12 d和15 d ,1.5和1.8 mT组极显著地增加了碱性磷酸酶(AKP)活性. 采用AKP组织化学染色和钙化结节染色对骨髓间充质干细胞成骨性分化进行鉴定,AKP组织化学染色和钙化结节染色都呈现了极强的阳性结果,尤以1.5 mT和1.8 mT阳性染色面积最大. 在SEMFs处理后的48 h 和96 h ,1.5 mT和1.8 mT组胶原I(collagen-Ⅰ)和骨形态发生蛋白2(bone morphogenetic protein-2, Bmp-2) 基因表达水平显著高于对照组.在SEMFs处理后的12 d, BMP-2蛋白表达量高于对照组. 研究表明,0.9 mT 组抑制骨髓间充质干细胞增殖,1.5 mT到2.1 mT组不同强度静电磁场促进体外培养骨髓间充质干细胞的增殖. 磁场组能促进骨髓间充质干细胞成骨性分化,其中尤以1.5 mT和1.8 mT组促进大鼠骨髓间充质干细胞分化作用效果最为明显.     

The frequency window effect of sinusoidal electromagnetic fields in promoting osteogenic differentiation and bone formation involves extension of osteoblastic primary cilia and activation of protein kinase A

Electromagnetic fields (EMFs) have emerged as a versatile means for osteoporosis treatment and prevention. However, its optimal application parameters are still elusive. Here, we optimized the frequency parameter first by cell culture screening and then by animal experiment validation. Osteoblasts isolated from newborn rats (ROBs) were exposed 90 min/day to 1.8 mT SEMFs at different frequencies (ranging from 10 to 100 Hz, interval of 10 Hz). SEMFs of 1.8 mT inhibited ROB proliferation at 30, 40, 50, 60 Hz, but increased proliferation at 10, 70, 80 Hz. SEMFs of 10, 50, and 70 Hz promoted ROB osteogenic differentiation and mineralization as shown by alkaline phosphatase (ALP) activity, calcium content, and osteogenesis-related molecule expression analyses, with 50 Hz showing greater effects than 10 and 70 Hz. Treatment of young rats with 1.8 mT SEMFs at 10, 50, or 100 Hz for 2 months significantly increased whole-body bone mineral density (BMD) and femur microarchitecture, with the 50 Hz group showing the greatest effect. Furthermore, 1.8 mT SEMFs extended primary cilia lengths of ROBs and increased protein kinase A (PKA) activation also in a frequency-dependent manner, again with 50 Hz SEMFs showing the greatest effect. Pretreatment of ROBs with the PKA inhibitor KT5720 abolished the effects of SEMFs to increase primary cilia length and promote osteogenic differentiation/mineralization. These results indicate that 1.8 mT SEMFs have a frequency window effect in promoting osteogenic differentiation/mineralization in ROBs and bone formation in growing rats, which involve osteoblast primary cilia length extension and PKA activation.     

不同强度50 Hz脉冲电磁场促进大鼠颅骨成骨细胞矿化成熟最佳参数的筛选

为研究不同强度脉冲电磁场(pulse electromagnetic fields,PEMFs)对大鼠颅骨成骨细胞（rat skull osteoblasts,OB）增殖及成熟矿化的影响,将大鼠颅骨成骨细胞随机分为 7 组. 检测大鼠颅骨成骨细胞的增殖,细胞内碱性磷酸酶（ALP）活性变化,细胞沉积钙盐的情况,组织化学染色以及成骨细胞内标志性分子表达量的改变.结果显示,0.6 mT组促细胞增殖作用最强（P <0.01）;0.6 mT、1.8 mT、3.0 mT和3.6 mT均能提高ALP活性,其中0.6 mT ALP活性最高（P＜0.01）;在磁场处理4 ～12 d时细胞沉积钙盐逐渐增加,6种强度的脉冲电磁场均能促进钙盐沉积,尤以0.6 mT水平最高; ALP 染色、茜素红染色0.6 mT 组均显著高于对照组（P<0.01）;0.6 mT组 Bmp-2和Collagen-1 mRNA 的表达明显（P<0.01）高于对照组,磁场处理组Rankl mRNA 的表达均比对照组低. 0.6 mT 50 Hz 脉冲电磁场是促进成骨细胞增殖和矿化成熟的最佳参数,这为采用脉冲电磁场治疗骨质疏松症提供了治疗参数的基础支持.     

Sphingosine-1-phosphate enhances IL-1{beta}-induced COX-2 expression in mouse intestinal subepithelial myofibroblasts

Intestinal subepithelial myofibroblasts (SEMFs) is a specific population of cells involved in intestinal inflammation and carcinogenesis via an elaborate network of cytokines, chemokines and other inflammatory factors, including PGE(2). Sphingosine-1-phosphate (S1P) has been implicated as an important mediator of inflammation and cancer and in certain cell types increases cyclooxygenase-2 (COX-2) expression. In the present study, we aimed to assess involvement of S1P in COX-2 expression by SEMFs. Primary SEMFs were obtained from C57BL/6J mouse and their identity was verified by fluorescent staining of specific marker proteins. Expression of S1P receptors 1, 2, 3 and sphingosine kinases 1 and 2 in SEMFs were determined by RT-PCR analysis. COX-2 expression and PGE(2) production were assayed by Western blotting and ELISA, respectively. COX-2 mRNA stability was assayed by Northern blotting. S1P produced dose-dependent increase in COX-2 expression, resulting in increased PGE(2) release from SEMFs. Using specific inhibitors, we show that actions of p38, ERK, IKK, and PKC were involved in S1P-induced COX-2 expression. On the other hand, p38 and PKC had lesser roles in IL-1beta-induced COX-2 expression. Inhibition of sphingosine kinase to block S1P production did not affect IL-1beta-induced COX-2 expression, but S1P amplified IL-1beta-induced p38 activation and COX-2 expression. PKC inhibition blocked S1P amplified COX-2 expression. S1P addition increased COX-2 mRNA stability. In SEMFs, S1P amplifies IL-1beta-induced COX-2 expression through increased mRNA stability. These observations point to involvement of S1P in activation of SEMFs that may contribute to intestinal inflammation and carcinogenesis.     

正弦电磁场促进成骨细胞成熟分化依赖于BMP-Smad信号通路

正弦电磁场（SEMFs）能够显著促进大鼠成骨细胞（ROBs）成熟分化,但其作用机制未知。本研究旨在阐明BMP-Smad信号通路对SEMFs促进ROBs成熟分化的影响。取新生SD 大鼠颅骨,多次酶消化体外分离培养得到ROBs传代培养后,利用50 Hz 1.8 mTs SEMFs处理0,5,15,30和60 min,Western印迹检测BMP-2表达和Smad1/5/8磷酸化水平,免疫荧光染色检测P-Smad1/5/8核转位。加入BMP-Smad信号通路的阻断剂noggin后,50 Hz 1.8 mTs SEMFs分别处理3 d和6 d（2 h/d）后,检测胞内碱性磷酸酶（ALP）活性,磁场处理2 d后（2 h/d）,real-time PCR和Western印迹分别检测Ⅰ型胶原（collagen1）和成骨相关转录因子RUNX-2基因和蛋白质表达量。结果发现,50 Hz 1.8 mTs SEMFs处理ROBs后,BMP-2的表达量显著增加,胞内Smad1/5/8快速磷酸化,而对非磷酸化的Smad1/5/8表达无影响。同时,SEMFs处理30 min后引起P-Smad1/5/8发生核转位。50 Hz 1.8mTs SEMFs能够显著促进ALP活性增加,促进成骨相关因子collagen1和RUNX-2基因和蛋白质表达。加入BMP-Smad信号通路的阻断剂noggin后,SEMFs促进ALP活性增加,collagen1和RUNX-2基因和蛋白质表达水平被显著抑制。上述结果说明,50 Hz 1.8 mTs SEMFs促进成骨细胞成骨性分化依赖于BMP-Smad信号通路。     

Corn silk induced cyclooxygenase-2 in murine macrophages

Stimulation of murine macrophages with corn silk induced cyclooxygenase (COX)-2 with secretion of PGE2. Expression of COX-2 was inhibited by pyrolidine dithiocarbamate (PDTC), and increased DNA binding by nuclear factor kappa B (NF-kappaB), indicating that COX-2 induction proceeds also via the NF-kappaB signaling pathway. A specific inhibitor of COX-2 decreased the expression level of inducible nitric oxide synthase (iNOS) stimulated by corn silk. PGE2 elevated the expression level of iNOS, probably via EP2 and EP4 receptors on the surface of the macrophages.