福莫特罗对大鼠骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化基因表达的影响

目的:研究β2肾上腺素能激动剂福莫特罗(Formoterol)对大鼠的体外骨髓间充质干细胞(MMSC)向成骨细胞分化的影响,进而探讨其作用机制。方法:取SD大鼠的骨髓间充质干细胞,用条件培养液诱导分化后分别加入不同浓度药物,在不同时间点采用RT-PCR法检测细胞分化中Runx2和Osterix的mRNA的表达,采用westernblot法检测细胞中MEK和ERK1/2的磷酸化。结果:在细胞分化早期,加入已知浓度10-7mol/L的Formoterol可抑制成骨样细胞细胞特异性转录因子Runx2mRNA表达;在细胞分化晚期,浓度10-7mol/L的Formoterol也可抑制成骨样细胞OsterixmRNA表达。在加入浓度10-7mol/的Formoterol作用30min后,MEK和ERK1/2的蛋白磷酸化表达均下降。结论:β2受体激动剂可抑制MMSC细胞体外向成骨样细胞的分化,并且可抑制MEK和ERK1/2磷酸化的表达。     

阻断ERK1/2激酶可增强骨形态发生蛋白9诱导的间充质干细胞成骨分化

骨形态发生蛋白9(bone morphogenetic protein 9,BMP9)具有很强的诱导间充质干细胞定向成骨分化的能力.但对于其所涉及的相关分子机理了解并不深入.利用BMP9重组腺病毒感染间充质干细胞,Western blot检测ERK1/2激酶的磷酸化,ERK1/2的特异性抑制剂PD98059阻断ERK1/2活性,或以RNA干扰抑制ERK1/2表达,通过体外细胞实验和体内动物实验,初步分析和揭示ERK1/2对于BMP9诱导的间充质干细胞成骨分化的调控作用及其可能机制.结果发现:BMP9可以促进ERK1/2激酶的磷酸化,ERK1/2抑制剂PD98059可增强由BMP9诱导的碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)活性、骨桥蛋白(osteopontin,OPN)表达和钙盐沉积,并促进由BMP9诱导的Runx2基因的表达和转录活性,以及Smad经典途径的活化;而RNA干扰导致ERK1/2基因沉默同样也可进一步促进BMP9诱导的ALP活性和钙盐沉积,并促进BMP9诱导的间充质干细胞在裸鼠皮下异位成骨.因此,BMP9可以促进ERK1/2蛋白激酶的活化,而阻断ERK1/2蛋白激酶可进一步增强BMP9诱导的成骨分化,ERK1/2极可能对于BMP9诱导的间充质干细胞成骨分化起着负向调控作用.     

丙二醛对小鼠骨髓间充质干细胞成骨分化的影响

为了探索氧化应激活性中间产物丙二醛对小鼠骨髓间充质干细胞成骨分化的影响及机制,体外培养的间充质干细胞经丙二醛处理后,在第4、7、14、21 d分别提取等份细胞进行碱性磷酸酶活性检测,第7 d时提取RNA通过实时定量RT-PCR测定ALP和Runx2/Cbfal mRNA表达,并在第21 d进行von Kossa染色,茜素红染色.研究发现:丙二醛通过降低碱性磷酸酶活性及ALP和Runx2/Cbfal mRNA的表达,抑制矿化骨节形成.这些结果表明:丙二醛可通过抑制ALP和Runx2/Cbfal通路,抑制小鼠骨髓间充质干细胞的成骨分化.     

软骨寡聚基质蛋白过表达对BMP-2诱导骨髓间充质干细胞分化的影响

目的：研究软骨寡聚基质蛋白（cartilage oligomeric matrix protein,COMP）过表达对BMP-2诱导骨髓间充质干细胞成骨及成软骨分化的影响。方法：BMP-2诱导骨髓间充质干细胞分化,通过脂质体转染含人COMP基因的质粒使骨髓间充质干细胞过表达COMP,采用实时定量PCR和Western blotting分析COMP基因过表达、成骨相关基因Ⅰ型胶原、RUNX2、骨钙蛋白以及成软骨相关基因Ⅱ型胶原、SOX9、蛋白聚糖、X型胶原的表达变化;通过茜素红染色观察成骨终末阶段矿化结节的生成情况,阿利新蓝染色观察细胞基质蛋白多糖的合成情况。结果：质粒转染后骨髓间充质干细胞COMP基因蛋白和mRNA表达水平显著提高（P<0.05）。COMP基因过表达后,成骨标记基因RUNX2、Ⅰ型胶原（Col1a1）mRNA水平均显著低于对照组（P<0.05）,RUNX2、骨钙蛋白（Osteocalcin）蛋白表达水平明显低于对照组（P<0.05）,而成软骨标记基因SOX9、蛋白聚糖（Aggrecan）mRNA水平均显著高于对照组（P<0.05）,SOX9、Ⅱ型胶原（Col2a1）蛋白表达均明显多于对照组（P<0.05）。细胞成骨茜素红染色弱于对照组,而阿利新蓝染色强于对照组。过表达组细胞X型胶原（Col10a1）基因表达显著低于对照组（P<0.05）,结论：骨髓间充质干细胞COMP基因过表达可抑制BMP-2诱导其成骨分化,促进骨髓间充质干细胞成软骨分化,并抑制软骨细胞的成熟肥大,为软骨组织工程研究提供新的方向。     

黄精多糖对小鼠骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化中PINP和BMP-2表达的影响

探讨黄精多糖(PSP)对小鼠骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化作用中I型前胶原N端前肽(Procollagen typeⅠN-terminal Propeptide,PINP)和骨形态发生蛋白2(Bone morphogenetic protein-2,BMP-2)表达的影响。取8周龄雄性BALB/C小鼠1只,无菌操作分离小鼠股骨和胫骨,注射器冲出骨髓制成细胞悬液,传代3次后分为6组用于实验。空白诱导组仅加入等量成骨诱导培养基;阳性对照诱导组加入等量成骨诱导培养基及雌二醇(10-8mol/L);各PSP诱导组:加成骨诱导培养基和各自浓度的PSP(200、300、400、500 mg/mL)。每天在倒置显微镜下观察各组细胞的生长情况及形态变化。倒置相差显微镜镜下观察细胞形态变化。在培养第7 d、第14 d采用ELISA酶联免疫吸附法分别测量细胞PINP和BMP-2的表达量。实验结果显示小鼠骨髓间充质干细胞原代培养呈长梭形,有接触抑制现象,诱导后细胞呈三角形、多角形、不规则形状,细胞生长密集时可重叠生长。各不同浓度PSP诱导组均比非诱导组高表达PINP和BMP-2(P0.01)。表明PSP呈剂量相关性促进体外培养的小鼠骨髓间充质干细胞成骨分化,高浓度PSP可显著促进骨髓间充质干细胞骨向分化过程中BMP-2和PINP的表达。     

IL-6通过MAPK/ERK信号通路调节BMSCs的软骨定向分化

白细胞介素-6（IL-6）是参与骨髓间充质干细胞（BMSCs）软骨定向分化的重要调节因子. MAPK/ERK信号通路可介导骨关节炎软骨损伤. 然而,IL-6调节BMSCs定向分化为软骨细胞的分子机制尚不清楚. IL-6通过激活MAPK/ERK信号途径,抑制BMSCs的成软骨分化. 本文发现,BMSCs在体外向软骨细胞分化时, Il-6基因表达水平显著下调,同时分泌到培养基中的IL-6蛋白水平亦明显降低. 重组IL-6可抑制BMSCs向软骨细胞分化,软骨分化标志蛋白Runx2和Sox9的诱导表达亦相应下调. IL-6可诱导MAPK/ERK信号通路活化,加入ERK特异性阻断剂后,Runx2和Sox9的诱导表达恢复正常.结果提示,IL-6通过激活MAPK/ERK信号通路抑制BMSCs的软骨细胞分化.炎症因子IL-6对软骨细胞的再生具有不利的影响,该研究为软骨组织工程研究和骨关节炎等软骨疾病的治疗提供有价值的参考.     

IL-6通过MAPK/ERK信号通路调节BMSCs软骨定向分化

白细胞介素-6(IL-6)是参与骨髓间充质干细胞(BMSCs)软骨定向分化的重要调节因子.MAPK/ERK信号通路可介导骨关节炎软骨损伤.然而,IL-6调节BMSCs定向分化为软骨细胞的分子机制尚不清楚.IL-6通过激活MAPK/ERK信号途径,抑制BMSCs的成软骨分化.本文发现,BMSCs在体外向软骨细胞分化时,Il-6基因表达水平显著下调,同时分泌到培养基中的IL-6蛋白水平亦明显降低.重组IL-6可抑制BMSCs向软骨细胞分化,软骨分化标志蛋白Runx2和Sox9的诱导表达亦相应下调.IL-6可诱导MAPK/ERK信号通路活化,加入ERK特异性阻断剂后,Runx2和Sox9的诱导表达恢复正常.结果提示,IL-6通过激活MAPK/ERK信号通路抑制BMSCs的软骨细胞分化.炎症因子IL-6对软骨细胞的再生具有不利的影响,该研究为软骨组织工程研究和骨关节炎等软骨疾病的治疗提供有价值的参考.     

JNK、ERK信号通路在NaAsO_2诱导骨髓间充质干细胞增殖中的作用

目的：研究c-jnk氨基末端激酶（JNK）、细胞外信号调节激酶（ERK）在亚砷酸钠（NaAs02）诱导骨髓间充质干细胞（BMSC）增殖中的作用。方法：体外培养骨髓间充质干细胞,四甲基偶氮唑盐比色法（MTT法）检测细胞增殖,Western-blot检测磷酸化JNK、ERK表达水平。结果：低浓度1、2μmol/LNaAs02对BMSC有明显的促进增殖作用;高浓度16、32μmol/LNaAs02则对细胞生长产生抑制作用,具有一定剂量-效应关系;2、4、8μmol/LNaAs02处理BMSC24h后,JNK磷酸化表达水平明显增加,ERK磷酸化表达水平明显降低;JNK抑制剂SP600125可明显降低高浓度16、32μmol/LNaAs02的生长抑制作用;ERK抑制剂PD98059可抑制低浓度1、2μmol/LNaAs02对BMSC的促增殖作用。结论：低浓度NaAs02激活ERK信号通路,提高细胞增殖率,可被抑制剂PD98059阻断;高浓度NaAs02激活JNK信号通路,提高细胞凋亡率,可被抑制剂SP600125阻断。NaAs02致癌机制可能与JNK、ERK信号通路作用相关。     

DDR2基因缺失对小鼠骨髓间充质干细胞生物学特性的影响

目的:骨髓间充质干细胞(Bone Mesenchymal Stem Cells,BMSCs)是骨再生工程中重要的种子细胞,它对骨组织缺损的修复有着良好的效果。但是BMSCs向成骨细胞分化并修复骨组织缺损是是由细胞外因子共同作用产生的结果。DDR2(Discoidin Domain Receptor 2)作为I型胶原的特异性受体在成骨细胞的分化中发挥重要的调节作用。而对于其在BMSCs向成骨细胞的分化过程中的所起到的作用还鲜有研究,对其作用机理尚不明确。因此我们希望通过分离、培养并鉴定比较DDR2基因缺失小鼠与野生型小鼠来源的骨髓间充质干细胞了解其生物学特性,为后续的实验奠定理论基础。方法:采用改良型的全骨髓贴壁细胞分离方法分离培养两种小鼠来源的骨髓间充质干细胞,采用流式细胞技术鉴定其表面标记物的表达,并利用诱导培养液诱导骨髓间充质干细胞向成骨细胞和成脂肪细胞分化。结果:分离培养的两种骨髓间充质干细胞形态一致,增殖能力和自我更新能力强,流式细胞术检测其表面标记物CD29,Sca-1均表达阳性,CD105,CD45表达为阴性,分离得到的两种细胞均有向成骨细胞和成脂肪细胞分化的能力,但可以明显观察到DDR2基因缺失小鼠的骨髓间充质干细胞的成骨分化能力减弱。结论:本实验通过对于DDR2基因缺失小鼠BMSCs分离、培养和鉴定,初步探索DDR2基因缺失在在成骨过程中的作用结果,为进一步研究提高BMSCs的成骨分化能力奠定理论基础。经实验证明,DDR2基因缺失小鼠来源的骨髓间充质干细胞虽然仍具备干细胞的生物学特性,但其向成骨细胞的分化能力明显减弱,说明DDR2基因缺失对其骨髓间充质干细胞的成骨分化等有着重要的影响。     

肿瘤坏死因子-α对小鼠骨髓间充质干细胞成骨分化影响研究

目的:探讨肿瘤坏死因子-α(Tumor Necrosis Factor alpha, TNF-α)对小鼠骨髓间充质干细胞(Bone Marrow-derived Mesenchymal Stem Cells, BM-MSCs)成骨分化的影响。方法:以在促成骨分化培养基(Osteogenic media, OS)中培养的小鼠BM-MSCs作为对照,用含有TNF-α的OS处理小鼠BM-MSCs。第7天进行碱性磷酸酶染色,或培养第21天进行茜素红染色和定量分析。第7天时用一份细胞提取得到的mRNA通过实时定量RT-PCR测定Runx2和Osterix的mRNA表达,用另一份细胞得到的细胞裂解液通过SDS-PAGE来测定Runx2和Osterix的蛋白质表达。结果:TNF-α抑制碱性磷酸酶活性;TNF-α抑制矿化骨节的形成; TNF-α抑制Runx2和Osterix的mRNA和蛋白质表达。结论:TNF-α对小鼠BM-MSCs成骨分化的抑制,可能部分是通过抑制成骨分化中两个关键的转录因子Runx2和Osterix的mRNA和蛋白质表达来实现的。     

Runx2参与调控Osterix 启动子活性及其基因表达

尽管Runx2和Osterix都是成骨细胞分化途径中关键的转录因子,但是Runx2是否能够调控Osterix,还不为所知.研究发现,在非成骨细胞系,无论是间充质干细胞还是已分化的细胞,以及成骨细胞系中,Runx2都能诱导Osterix的表达.同时Runx2能够上调3.2kb人的Osterix基因启动子活性.进一步实验证明,在这一段启动子中存在Runx2功能性的结合位点.因而,实验结果有力地支持了这样一个假设,即Runx2参与了Osterix基因的表达调控.瞬时转染和荧光素酶双报告分析结果显示,在非成骨细胞中,Osterix明显上调2.3kb的Ⅰ型胶原蛋白启动子活性,但Runx2却不能.这样的差别暗示,在成骨细胞分化过程中位于Runx2下游的转录因子Osterix是刺激Ⅰ型胶原蛋白基因表达所必需的.     

TNF-α and IL-1β inhibit RUNX2 and collagen expression but increase alkaline phosphatase activity and mineralization in human mesenchymal stem cells

AimsJoint inflammation leads to bone erosion in rheumatoid arthritis (RA), whereas it induces new bone formation in spondyloarthropathies (SpAs). Our aims were to clarify the effects of tumour necrosis factor α (TNF-α) and interleukin 1β (IL-1β) on osteoblast differentiation and mineralization in human mesenchymal stem cells (MSCs).Main methodsIn MSCs, expression of osteoblast markers was assessed by real-time PCR and ELISA. Activity of tissue-nonspecific alkaline phosphatase (TNAP) and mineralization were determined by the method of Lowry and alizarin red staining respectively. Involvement of RUNX2 in cytokine effects was investigated in osteoblast-like cells transfected with a dominant negative construct.Key findingsTNF-α (from 0.1 to 10 ng/ml) and IL-1β (from 0.1 to 1 ng/ml) stimulated TNAP activity and mineralization in MSCs. Addition of 50 ng/ml of IL-1 receptor antagonist in TNF-α-treated cultures did not reverse TNF-α effects, indicating that IL-1 was not involved in TNF-α-stimulated TNAP activity. Both TNF-α and IL-1β decreased RUNX2 expression and osteocalcin secretion, suggesting that RUNX2 was not involved in mineralization. This hypothesis was confirmed in osteoblast-like cells expressing a dominant negative RUNX2, in which TNAP expression and activity were not reduced. Finally, since mineralization may merely rely on increased TNAP activity in a collagen-rich tissue, we investigated cytokine effects on collagen expression, and observed that cytokines decreased collagen expression in osteoblasts from MSC cultures.SignificanceThe different effects of cytokines on TNAP activity and collagen expression may therefore help explain why inflammation decreases bone formation in RA whereas it induces ectopic ossification from collagen-rich entheses during SpAs.     

RUNX2对BMP9诱导的间充质干细胞C3H10T1/2成骨分化的影响

目的:研究和确认RUNX2在骨形态发生蛋白9(BMP9)诱导的间充质干细胞C3H10T1/2成骨分化中的作用。方法:通过Western blot、RT-PCR、荧光素酶活性分析检测BMP9对RUNX2表达的影响;分别在过表达RUNX2和RNA干扰抑制RUNX2表达的情况下,利用碱性磷酸酶(ALP)活性测定和染色、钙盐沉积实验,免疫细胞化学和裸鼠皮下异位成骨实验分析RUNX2对于BMP9诱导的间充质干细胞成骨分化的影响。结果:BMP9可以促进RUNX2的表达;RUNX2体外可促进BMP9诱导的C3H10T1/2的ALP活性和钙盐沉积,却抑制了OCN表达,RUNX2还可促进BMP9诱导的裸鼠皮下异位成骨;而在降低RUNX2表达后,BMP9诱导的C3H10T1/2细胞的ALP活性、钙盐沉积、OCN表达和裸鼠皮下异位成骨均受到抑制。结论:RUNX2可以促进BMP9诱导的间充质干细胞C3H10T1/2细胞成骨分化。