骨形态发生蛋白信号传导系统与成骨细胞分化

骨形态发生蛋白(bone morphogenetic prote in,BMP)属于转化生长因子-β(transform ing growth factor-,βTGF-β)超家族,能够促进骨的形成。而骨形成的关键是骨髓基质干细胞向成骨细胞分化。BMP及其下游的级联蛋白组成的信号传导系统通过影响相关转录因子,如:Cbfa1,Osx,D lx5/     

缺氧对成骨细胞VEGF和BMP-2表达的影响

目的　通过在缺氧条件下大鼠成骨细胞的培养 ,研究体外缺氧环境对成骨细胞血管内皮生长因子(VEGF)和骨形态发生蛋白 - 2 (BMP - 2 )表达的影响 ,为临床骨缺损和骨折治疗等方面提供理论依据。方法从新生SD大鼠颅骨中分离成骨细胞进行培养 ,建立成骨细胞缺氧模型。用免疫组化等方法测量缺氧组和对照组VEGF、BMP - 2的表达。用计算机图像分析系统测量阳性细胞的平均灰度值 ,进行统计学分析。结果　缺氧组VEGF免疫组化染色阳性细胞的平均灰度均低于对照组 ,并随缺氧时间的增加而更加明显 (P <0 0 1) ;BMP - 2阳性细胞的平均灰度在缺氧前 12h低于对照组 ,后逐渐升高 (P <0 0 1) ,即随着缺氧时间的延长VEGF的表达逐渐增加 ,而BMP - 2的表达逐渐减少。结论　体外条件下缺氧可以抑制成骨细胞的增殖 ,成骨细胞表达VEGF增强 ,但抑制BMP - 2的表达。     

骨形态生成蛋白在成骨细胞分化机制中的研究进展

在成骨细胞分化和骨形成过程中，骨形态生成蛋白（BMP）是关键性的调节因素，它通过调节转录因子以及借助一些未知的信号转导途径，发挥诱导分化和定向分化的效应，而借助于受体的特异性信号转导系统和特异的受体抑制剂。其表达水平及功能还可受到多种方式的调控。作者就BMP在骨分化中的作用、基本机制方面的研究进展进行综述。     

蜂胶黄酮对大鼠颅骨成骨细胞增殖分化及BMP2表达的影响

目的 探讨蜂胶黄酮对体外培养大鼠颅骨成骨细胞增殖分化以及骨形态发生蛋白2(BMP2)表达的影响.方法 提取新生大鼠颅骨成骨细胞制作体外培养模型,用不同浓度的蜂胶黄酮刺激分离培养的大鼠成骨细胞,然后用噻唑蓝(MTT)法测定蜂胶黄酮对体外培养成骨细胞的增殖作用,用氨基安替吡啉测酚法测成骨细胞内碱性磷酸酶(ALP)活性,并通过免疫组织化学方法 观察成骨细胞BMP2的表达.结果 添加蜂胶黄酮体外培养24 h后,100μg/L剂量组较对照组有明显的提高;48 h后,5、10和100μg/L剂量组与对照组比,增殖率均显著提高;添加蜂胶黄酮的中剂量组和高剂量组的BMP2表达在24 h和48 h都显著高于零剂量组.培养72 h后,10、50和100μg/L剂量组与对照组比,增殖率均有明显的提高;50μg/L和100μg/L剂量组与对照组相比ALP活性均显著性提高.结论 蜂胶黄酮可以增加成骨细胞的增殖和分化,促进骨组织的形成,可用来预防骨质疏松症.     

BMP9和VEGF联合诱导小鼠间充质干细胞成骨分化的体外研究

目的:探讨重组腺病毒介导的骨形态发生蛋白9(bone morphogenetic protein 9,BMP9)和血管内皮细胞生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)共感染对骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cells,BMSCs)成骨分化的影响。方法:将重组腺病毒介导的BMP9和VEGF分5组感染小鼠间充质干细胞C3H10T1/2,Ad-BMP9组、Ad-VEGF组、AdVEGF+Ad-BMP9组、空载体腺病毒组和空白组,感染7 d后,real-time PCR检测BMP9和VEGF的m RNA水平,real-time PCR检测成骨指标骨钙蛋白(osteocalcin,OC)、骨保护素(osteoprotegerin,OPG)、骨桥蛋白(osteopontin,OPN)的m RNA水平,Western blot检测OPN蛋白的表达,各组细胞行碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)活性的定量检测、ALP染色和钙盐沉积的检测。结果:BMP9和VEGF在Ad-VEGF+Ad-BMP9组高效共表达,OC、OPG、OPN m RNA水平和OPN蛋白水平在Ad-BMP9组和Ad-VEGF+Ad-BMP9组的表达明显高于其他各组(P﹤0.05),且在Ad-VEGF+Ad-BMP9组表达最高(P﹤0.05)。Ad-VEGF+AdBMP9组的ALP活性、ALP染色和钙盐沉积明显高于其他各组(P﹤0.05)。结论:联合VEGF可明显增强BMP9诱导C3H10T1/2细胞成骨分化能力。     

骨形态发生蛋白1A型受体介导的信号通路在成骨细胞终末分化中的调节作用

目的 观察骨形态发生蛋白1A型受体(bone morphogenetic protein receptor 1A,BMPR1 A)介导的信号通路在成骨细胞终末分化中的调节作用.方法 使用Lox P/Cre系统,以3.2 kb Ⅰ型胶原蛋白为启动子,在小鼠成骨细胞中特异性敲除BMPR1A(不含Cre的小鼠记为对照组),采用Von Kossa染色、细胞茜素红染色,扫描电镜观察成骨细胞矿化能力的改变;MASSON染色、天狼星红染色观察成骨细胞胶原合成能力的变化;免疫组化染色、细胞周期检测初步探讨其成骨细胞终末分化阻滞的可能机制.结果 BMPR1A敲除小鼠与对照组小鼠相比:①矿化能力明显下降,且细胞间连接减少,间隙变大;②胶原合成能力减弱,胶原排列不规则;③FGF23与OPN的表达升高,细胞周期的阻滞是成骨细胞终末分化障碍可能的原因.结论 BMPR1A在成骨细胞终末分化中起着至关重要的作用,敲除后可导致小鼠骨矿化减弱,胶原合成能力下降.     

普伐他汀对去势大鼠BMP-2表达及成骨细胞增殖的影响

目的研究普伐他汀治疗去势大鼠骨质疏松症的疗效，并探讨其作用机制。方法取12周龄的雌性Wistar大鼠40只，氯氨酮（5mg／100g）麻醉条件下．其中30只打开腹腔去除双侧卵巢，逐层缝合，另10只予以单纯打开腹腔不切除卵巢。将大鼠分为A组（模型组）、B组（治疗组）、C组（阳性对照组）、D组（假手术组）4组，饲养12周后，分别予以生理盐水（10ml／kg）、普伐他汀水溶液（2mg／kg）、α-D3水溶液（0．05μg／kg）及生理盐水（10ml／kg）灌胃。灌胃12周后，处死各组动物，取右胫骨上端做病理切片，通过HE染色对成骨细胞等进行观察比较；骨形态发生蛋白2（BMP-2）免疫组化染色观察。结果经过12周的普伐他汀水溶液灌胃治疗，明显增加成骨细胞数量（P〈0．05），而且通过免疫组化染色发现有BMP-2的棕色深染，阳性细胞比例明显高于模型组（P〈0．01）。结论普伐他汀可促进成骨细胞增殖、分化，其治疗骨质疏论症的机制是通过提高BMP-2的表达来实现的。     

过表达NICD通过下调基因JunB的表达抑制BMP9

目的：研究Notch信号通路在骨形态发生蛋白9（bone morphogenetic protein 9,BMP9）诱导小鼠间充质干细胞C3H10T1/2成骨分化过程中的作用及其机制。方法：将细胞分为5组：空白组（Blank,n=3）,BMP9处理组（BMP9,n=3）,空白质粒对照组（BMP9+Control,n=3）,过表达Notch1胞内段质粒（Notch1 intracellular domain,NICD）处理组（BMP9+NICD,n=3）,DAPT处理组（BMP+DAPT,n=3）。通过碱性磷酸酶（alkaline phosphatase,ALP）染色和钙盐染色分别验证过表达NICD对成骨分化早晚期情况的影响。进一步采用定量逆转录PCR（quantitative real-time polymerase chain reaction,qRT-RCR）和Western blot检测基因NICD、Hey1及成骨相关基因Smad-1/5/8、p-Smad-1/5/8、OPN、Runx2、OCN、JunB的表达。结果：早期ALP活性及染色结果显示,NICD组较Control组能显著抑制C3H10T1/2细胞成骨分化过程中ALP的形成[5 d：（33 167.66±2 018.45） vs. （146 451.00±14 889.67）,P=0.000;7 d：（58 981.33±4 724.70） vs. （89 588.66±5 928.32）,P=0.000],γ-分泌酶抑制剂（N-[N-（3,5-difluorophen-acetyl）-L-alanyl]-S-phenylglycine t-butyl ester,DAPT）完全抑制Notch通路时得到相同的结果[5 d：（44 812.66±4 174.94） vs. （146 451.00±14 889.67）,P=0.000;7 d：（64 622.93±4 724.70） vs. （89 588.66±5 928.32）,P=0.000]。茜素红S染色结果显示,NCID抑制钙盐结节的形成,而DAPT阻断Notch通路明显促进钙盐结节形成。qRT-PCR结果表明,NCID组中NICD及靶基因Hey1的表达较Control组明显增加[（3.90±0.02） vs. （0.35±0.01）,P=0.000;（19.79±0.01） vs. （11.80±0.02）,P=0.000],Western blot得到相同结果[（1.32±0.01） vs. （0.19±0.01）,P=0.000],且NICD明显抑制成骨分化相关基因JunB、Runx2、OCN、OPN等的表达[（0.10±0.01） vs. （0.53±0.01）,P=0.000;（0.18±0.01） vs. （0.30±0.02）,P=0.000;（0.36±0.01） vs. （0.62±0.02）,P=0.000;（0.07±0.01） vs. （0.48±0.01）,P=0.000],而转录因子Smad-1/5/8、p-Smad-1/5/8的表达不受影响[（0.74±0.02） vs. （0.73±0.03）,P=0.000;（0.63±0.01） vs. （0.58±0.04）,P=0.000],DAPT阻断Notch通路后上述相关基因的表达明显增加。结论：本实验结果首次证明,NICD激活Notch通路对BMP9诱导的C3H10T1/2细胞成骨分化的抑制作用可能是通过抑制JunB基因发挥作用,而非调控BMP9/Smad（bonemorphogenetic protein 9/drosophila mothers against decapentaplegic）信号通路。     

BMP-9在肝脏疾病中的研究进展

骨形态发生蛋白(BMP)是转化生长因子-β (TGF-β)超家族成员,在胚胎发育过程中调节多种细胞功能。BMP-9也被称为生长分化因子-2(TGF-2),是BMP家族中的一员,在骨发育、成骨细胞分化和血管生成中作为信号配体发挥作用。BMP-9是一种肝脏分泌的细胞因子,有研究报道,BMP-9在肝脏疾病的发生发展中发挥着重要作用,已经成为肝脏生理和病理的新的调节因子。本文就BMP-9在肝脏疾病中的研究进展做一总结。     

FGF-2/PELA/BMP-2微囊支架促进大鼠骨膜来源干细胞的成骨分化

目的：观察成纤维细胞生长因子-2/聚乳酸-聚乙二醇-聚乳酸/骨形态发生蛋白-2（FGF-2/PELA/BMP-2）微囊支架对SD大鼠骨膜来源干细胞成骨分化作用。方法提取SD大鼠骨膜来源干细胞（PDSC）,进行流式细胞学表面标记物鉴定及成骨、成软骨、成脂三系诱导并进行茜素红、甲苯胺蓝、阿利新蓝、油红O染色及免疫荧光实验。制备FGF-2/PELA/BMP-2、FGF-2/PELA、PELA/BMP-2、PELA四组材料,进行扫描电镜（SEM）观察微囊表面,通过ELISA实验制作两因子的控释曲线。将4组材料浸提液与第3代骨膜来源干细胞进行共培养,分别在7、14 d进行碱性磷酸酶（AKP）活性检测,分别在7、14、21 d进行qRT-PCR成骨基因表达检测,观察比较各组PDSC成骨分化能力,数据汇总后进行统计学分析。结果流式细胞学表面标记物鉴定显示PDSC表达间充质干细胞表面标记物,三系诱导分化染色结果表面PDSC具有成骨、成软骨、成脂等多向分化能力。AKP活性结果显示,FGF-2/PELA/BMP-2组在PDSC培养的7 d及14 d,AKP活性最高,差异显著。FGF-2/PELA/BMP-2组的qRT-PCR结果提示RunX-2、OCN表达量均高于其他组,且在第14天RunX-2表达量达到顶峰,OCN呈持续增长趋势。结论 FGF-2/PELA/BMP-2仿生控释微囊支架中的细胞因子活性得以保留,并相对其他实验组具有更高的促进PDSC成骨分化的能力。     

BMPs-ERK5信号通路调控人牙周膜干细胞成骨分化的研究

目的 比较骨形态发生蛋白(bone morphogenetic proteins,BMP)2、7、9对人牙周膜干细胞(human periodontal ligament stem cells,hPDLSCs)成骨分化的诱导作用,探讨BMPs-ERK5信号通路在成骨分化中的作用.方法 首先采用组织块酶消化法分离培养原代hPDLSCs并鉴定,利用腺病毒载体介导的GFP、BMP2、BMP7和BMP9(Ad-GFP、Ad-BMP2、Ad-BMP7、Ad-BMP9)分别感染hPDLSCs,通过早期成骨分化指标碱性磷酸酶活性定性和定量检测、茜素红染色检测晚期成骨分化指标钙盐结节沉积情况、qRT-PCR检测细胞成骨分化相关基因骨钙蛋白和骨桥蛋白mRNA表达,比较发现BMP9对细胞成骨分化的作用最强;采用Ad-BMP9感染hPDLSCs 24 h后,检测BMP9作用PDLSCs后对ERK5磷酸化水平的影响和ERK5信号通路特异性抑制剂BIX02189预处理后BMP9-ERK5通路对hPDLSCs成骨分化的影响.结果 ①分离培养的hPDLSCs为成纤维细胞样,呈漩涡状生长,抗波形蛋白表达阳性,抗角蛋白表达阴性,具有间充质属性和克隆形成能力.②BMP2、BMP7和BMP9均有促进细胞成骨分化作用,其中3组的碱性磷酸酶定量结果和成骨分化相关基因相对表达量与GFP组比较,差异具有统计学意义(P＜0.05),且BMP9效力最强.③Western blot检测显示BMP9增强p-ERK5的表达.而抑制剂BIX02189呈剂量依赖性地抑制p-ERK5的表达.BIX02189预处理细胞后、感染Ad-BMP9的结果显示,BMP9对细胞的促成骨作用较未处理组明显降低,其中BMP9组的碱性磷酸酶定量分析结果与成骨分化相关基因相对表达量与BIX02189处理组比较,差异具有统计学意义(P＜0.05).结论 BMP9具有较强的促hPDLSCs成骨分化作用,ERK5信号转导途径在BMP9诱导hPDLSCs成骨分化过程中发挥了正向调节作用.     

ATRA与BMP9对人骨肉瘤细胞增殖及分化作用的研究

目的 研究全反式维甲酸(all-trans-retinoic acid,ATRA)与骨形态发生蛋白9(bone morphogenetic proteins 9,BMP9)对人骨肉瘤细胞增殖及分化的影响.方法 利用四甲基偶氮唑蓝(MTT)法和流式细胞仪分析细胞增殖情况;蛋白质免疫印迹实验(Western blot)检测细胞增殖和成骨相关指标;半定量PCR及Western blot分析ATRA和ATRA与BMP9联用处理143B细胞株后对BMP9表达水平的影响.结果 在人骨肉瘤143B细胞株中,与对照组相比,ATRA能明显抑制细胞增殖(P＜0.05),并促使细胞周期阻滞在G1期(P＜0.05),下调PCNA的蛋白水平,并呈浓度依赖性;ATRA能呈浓度依赖性增加晚期成骨指标OCN和OPN的蛋白水平(P＜0.05);ATRA能上调BMP9的mRNA及蛋白水平,并呈浓度依赖性(P＜0.05);单用BMP9并不能上调OCN和OPN表达,并促进其增殖(P＜0.05),但与ATRA联用时,能够增强ATRA诱导的相关成骨指标表达和抗增殖作用(P＜0.05).结论 ATRA对143B细胞的增殖具有抑制作用并诱导其成骨分化,并可能恢复BMP9的成骨诱导能力.     

骨形态发生蛋白9激活PI3K/Akt信号通路抑制退变髓核细胞的炎症反应和凋亡

目的 研究骨形态发生蛋白9(bone morphogenetic protein 9,BMP9)对退变髓核细胞炎症反应和凋亡的影响,并探究其与PI3 K/Akt信号通路的关系.方法 通过氧糖剥夺(oxygen glucose deprivation,OGD)培养建立退变髓核细胞模型;重组腺相关病毒(adeno-associated virus,AAV)将BMP9转染人人髓核细胞内(human nucleus pulposus cells,HNPCs),实验共分5组:Control组(正常培养的HNPCs)、OGD组(氧糖剥夺模型)、AAV组(氧糖剥夺模型,转染AAV空载体)、AAV-BMP9组(氧糖剥夺模型,转染AAV-BMP9),AAV-BMP9+LY294002组(AAV-BMP9组基础上添加PI3K抑制剂LY294002).免疫荧光方法检测蛋白聚糖(Aggrecan)和Ⅱ型胶原(typeⅡcollagen,Col2a1)的表达;Western blot检测p-Akt和p-mTOR的蛋白表达;酶联免疫吸附实验检测细胞培养上清液中TNF-α、IL-1β、IL-6和IL-8的表达;流式细胞术检测细胞的凋亡.结果 在氧糖剥夺培养模型中Aggrecan和Col2al表达明显降低;AAV-BMP9组中p-Akt和p-mTOR的表达明显高于OGD组和AAV组(P＜0.05);此外,AAV-BMP9组HNPCs分泌的TNF-α、IL-1β、IL-6和IL-8明显减少,细胞凋亡被显著抑制(P＜0.05);LY294002的加入能够显著逆转BMP9的上述效果.结论 BMP9能够抑制退变HNPCs的炎症反应和凋亡,并且这种作用是通过激活PI3K/Akt信号通路实现的.     

DLL1在骨形态形成蛋白9诱导骨髓间充质干细胞成骨分化中的作用

目的 探讨Notch配体Delta-like1(DLL1)在骨形态形成蛋白9(bone morphogenetic proteins 9,BMP9)诱导的骨髓间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCs)成骨分化中的作用及机制.方法 利用DLL1重组腺病毒上调永生化小鼠胚胎成纤维细胞(immortalized mouse embryonic fibroblasts,iMEF)中DLL1 mRNA的表达,分别采用细胞化学染色、活性测定对早期成骨指标碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)和晚期成骨指标钙盐沉积的影响;其次裸鼠皮下异位成骨实验进一步了解DLL1的体内成骨作用;最后用qRT-PCR、Western blot和荧光素酶检测DLL1对BMP9经典信号通路中Ⅰ型受体、Smad1/5/8磷酸化和Smad结合元件(smad-binding element,SBE)转录活性影响.结果 与对照组相比,DLL1在体外能明显促进BMP9诱导的MSCs早期成骨指标ALP活性和晚期成骨指标钙盐沉积的生成;同时也能明显促进BMP9诱导的MSCs裸鼠皮下异位成骨作用;BMP9信号通路中ALK2表达明显增加,而对ALK1则没有影响;Smad1/5/8蛋白量没有明显变化,而p-Smad1/5/8蛋白及SBE活性明显增加(P＜0.05).结论 DLL1可以促进BMP9诱导的MSCs成骨分化,可能通过影响BMP9信号通路来实现其促成骨作用.     

BMP-9基因修饰的骨髓基质细胞促进山羊骨缺损愈合

目的观察BMP-9基因修饰的骨髓基质细胞(marrow stromal cells,MSCs)治疗山羊骨缺损的效果。方法 12只12～18月龄中国青山羊,股骨中段建立临界骨缺损模型,按照配对比较法随机分为2组,缺损区域明胶海绵填充,实验组加入预先准备好的BMP-9腺病毒感染的MSCs悬液,对照组加入GFP腺病毒感染的MSCs悬液,术后1 d、2、4、8、12、20周行X线片检查,20周时进行CT检查,处死动物,行大体标本、组织学染色和生物力学的检测。结果 X线片显示实验组较对照组骨痂形成更早更多,大体标本、组织学染色显示实验组的新生骨更加成熟,CT显示实验组新生骨塑形更好,生物力学检测显示实验组新生骨痂的力学强度更强。结论 BMP-9基因修饰的MSCs可以有效地促进山羊股骨骨缺损的愈合。     

骨形成蛋白信号通路在胸腺T细胞分化发育中的作用

骨形成蛋白(bone morphogenetic protein,BMP)是转化生长因子-β (transforming growth factor-β,TGF-β)家族成员中最大的一族,因其能在异位诱导骨和软骨形成而得名.BMP信号通路不仅在胚胎发育过程中发挥关键作用,其在促进胸腺的发育和T细胞分化发育中也发挥着重要的作用.本文对BMP信号通路及其对胸腺T细胞分化发育影响的最新研究进展作一综述.     

低频脉冲电磁场增强骨形态发生蛋白9诱导牙周膜干细胞成骨分化作用

目的 探讨低频脉冲电磁场能否增强骨形态发生蛋白9（BMP9）诱导人牙周膜干细胞（PDLSC）成骨分化的作用。方法 培养健康人前磨牙牙周膜组织细胞，通过免疫磁珠分选后得到CD146⁺/STRO-1⁺细胞，即PDLSC。用携带过表达BMP9基因的重组腺病毒（Ad-GFP-BMP9）感染PDLSC，并暴露于频率为15Hz、磁场强度分别为0.6、1.2、1.8、2.4、3.0mT的脉冲电磁场进行干预（每12h辐照1h）。通过qRT-PCR和蛋白质印迹法检测Runt相关转录因子2（Runx2）、碱性磷酸酶（ALP）、骨桥蛋白（OPN）、骨钙蛋白（OCN）等成骨基因及蛋白表达量。结果 过表达BMP9基因可以促进PDLSC中成骨标志物Runx2、ALP、OCN、OPN的表达（P<0.05）。给予磁场强度分别为1.2、1.8、2.4、3.0mT的脉冲电磁场干预后，PDLSC内的成骨标志物表达水平均较单独BMP9时增高（P<0.05），并且在磁场强度为2.4mT时达到最高峰（P<0.05），表明低频脉冲电磁场可以增强BMP9诱导PDLSC成骨分化并且存在“窗口效应”。结论 磁场强度为1.8~3.0mT的15Hz脉冲电磁场可以体外增强BMP9诱导人PDLSC的成骨分化。     

PTEN在骨形态发生蛋白9诱导小鼠胚胎成纤细胞骨向分化中的作用

目的 研究PTEN对骨形态发生蛋白9(bone morphogenetic protein 9,BMP9)诱导小鼠胚胎成纤维细胞(mouse embryonic fibroblasts,MEFs)成骨分化的影响,并分析PTEN调节BMP9功能的可能机制.方法 采用定量PCR检测PTEN在间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCs)中的表达,分析在MEFs中BMP9对PTEN表达的影响.采用组织化学染色法检测碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)活性,PCR检测OPN和OCN的表达水平,茜素红染色检测钙盐沉积,分析PTEN对BMP9诱导MEFs成骨分化的影响;利用荧光素酶报告质粒和蛋白印迹等方法分析PTEN对骨形态发生蛋白(bone morphogenetic proteins,BMPs)/Smads信号转导的影响.结果 PTEN在几种常见MSCs中均有表达;BMP9在MEFs中明显抑制PTEN的表达.抑制PTEN能促进BMP9诱导MEFs的ALP活性增加,但过表达PTEN对BMP9诱导MEFs的ALP活性有明显抑制作用.抑制PTEN明显促进BMP9在MEFs细胞中诱导的OCN表达,并增强钙盐沉积.报告质粒分析结果显示,抑制PTEN能明显增强BMPR-Smad报告质粒的转录活性,并增加Smad1/5/8的磷酸化水平.结论 下调PTEN表达可能是BMP9诱导MEFs成骨分化重要途径之一,其机制可能与促进BMPs/Smads信号转导有关.