腺病毒介导骨形态发生蛋白2诱导兔骨髓间充质干细胞的成骨分化

背景:天然骨形态发生蛋白2在体内无法实现缓释、持续诱导骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化,如何获得内源性骨形态发生蛋白2蛋白是目前研究的热点.目的:探讨腺病毒介导人骨形态发生蛋白2转染兔骨髓间充质干细胞的成骨分化能力及其可能机制.方法:采用腺病毒介导人骨形态发生蛋白2基因转染第3代兔骨髓间充质干细胞,转染后48 h采用qR...     

尿酸对人骨髓间充质干细胞成骨分化过程中Wnt信号通路的影响

背景：尿酸作为一种内源性的抗氧化剂,其抗氧化、抗DNA 损害作用及发挥促成骨作用近年受到关注。目的：探讨不同浓度尿酸对人骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化过程中Wnt/β-catenin 信号通路相关基因表达的影响。方法：采用全骨髓贴壁法体外分离培养健康成年人骨髓间充质干细胞,培养至第3代时,用含不同浓度尿酸(0,140,280,560 μmol/L)的成骨诱导液进行成骨向诱导分化培养,检测细胞成骨分化过程中碱性磷酸酶活性、增殖能力以及Wnt信号通路中Wnt-3α,β-catenin mRNA的表达。结果与结论：各组细胞碱性磷酸酶染色为阳性,尿酸干预后各组细胞碱性磷酸酶活性和增殖能力增高,Wnt信号通路相关基因Wnt-3a、β-catenin的表达上调,且呈现浓度依赖性,各指标在实验组与对照组间比较以及实验组组间比较,差异均有显著性意义(P < 0.05)。结果显示尿酸可通过促进Wnt-3a/β-catenin信号通路进而促进骨髓间充质干细胞向成骨细胞增殖和分化,具有浓度依赖性。 中国组织工程研究杂志出版内容重点：干细胞;骨髓干细胞;造血干细胞;脂肪干细胞;肿瘤干细胞;胚胎干细胞;脐带脐血干细胞;干细胞诱导;干细胞分化;组织工程     

辛伐他汀对骨髓基质干细胞特异性成骨分化基因表达的影响

文章快速阅读： 文题释义： 骨形态发生蛋白：是转化生长因子超家族成员之一,其中骨形态发生蛋白2是公认的骨髓基质干细胞成骨分化的关键蛋白,不仅可以促进成骨细胞及其前体细胞的增殖,而且能够促进成骨细胞的分化,是骨髓基质干细胞成骨分化中晚期表达的特异性标志蛋白,国外首次发现辛伐他汀的成骨潜能即是通过筛选发现辛伐他汀可以刺激骨形态发生蛋白2启动子活性。 Ⅰ型胶原：由成骨细胞以原胶原的形式分泌,在骨骼与结缔组织中通过形成和保持骨架的完整性来发挥作用,在形成特定的细胞外微环境中也起到主要作用,而这些微环境对于维持细胞的完整性及传递细胞外信号起到关键作用。摘要 背景：以往研究表明降脂类药物辛伐他汀具有促进体外培养骨髓基质干细胞向成骨细胞分化的潜能,有望成为新型促成骨类药物,但干预不同时间点相应特异性成骨分化基因的表达是否有差异尚不得而知。 目的：观察辛伐他汀体外刺激不同时间点大鼠骨髓基质干细胞骨形态发生蛋白2和Ⅰ型胶原的表达。 方法：取第1代骨髓基质干细胞分为两组,对照组加入成骨诱导培养基培养,辛伐他汀组在对照组基础上加入终浓度为10-7 mol/L的辛伐他汀培养,干预第7天检测第3代细胞碱性磷酸酶的表达。取第4代骨髓基质干细胞分为两组,对照组加入成骨诱导培养基培养,辛伐他汀组在对照组基础上加入终浓度为10-7 mol/L的辛伐他汀培养,干预12 h和36 h提取细胞RNA及蛋白,采用Realtime PCR 和Western blot 法检测骨形态发生蛋白2和Ⅰ型胶原的表达。 结果与结论：①两组细胞均有碱性磷酸酶分泌,辛伐他汀组大鼠碱性磷酸酶阳性细胞比例显著高于对照组(P < 0.05);②辛伐他汀组2个时间点骨形态发生蛋白2和Ⅰ型胶原mRNA表达均显著高于对照组 (P < 0.05);③Western blot 法检测辛伐他汀组2个时间点骨形态发生蛋白2的表达均显著高于对照组(P < 0.05);辛伐他汀组Ⅰ型胶原蛋白的表达于12 h显著高于对照组(P < 0.05),36 h无显著差别;④以上结果提示,辛伐他汀可以促进大鼠骨髓基质干细胞向成骨细胞分化晚期特异性标志蛋白骨形态发生蛋白2和Ⅰ型胶原的表达,药物刺激12 h较36 h作用更显著。 中国组织工程研究杂志出版内容重点： 干细胞;骨髓干细胞;造血干细胞;脂肪干细胞;肿瘤干细胞;胚胎干细胞;脐带脐血干细胞;干细胞诱导;干细胞分化;组织工程 ORCID: 0000-0001-7083-3380(田发明)     

浓集自体骨髓基质干细胞复合物成骨的实验研究

目的:研究自体浓集骨髓基质干细胞(MSCs)复合物的成骨作用,以寻求治疗股骨头缺血性坏死的新方法。方法:中国白兔24只,随机分成3组。小牛脱钙松质骨(DBCB)作为载体,将一定量的骨形态发生蛋白(BMPs)与不同浓度含有骨髓基质干细胞(MSCs)的单核细胞悬液复合,制成MSCs/BMP/DBCB复合物(MⅠ:1×106,MⅡ:1×105和MⅢ:1×104),分别回植在骶棘肌内。术后2、4、8、12周取材,对标本做放射影像学、大体观察、显微镜组织学观察。结果:MⅠ组新骨生成量多于其它组。结论:复合物具有治疗股骨头缺血性坏死的潜能,但有待进一步研究。     

辛伐他汀可刺激骨髓间充质干细胞的成骨分化

背景:辛伐他汀可显著刺激骨髓间充质干细胞成骨分化,但机制不明.近年研究证实p38 MAPK信号通路参与调控骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化的过程.目的:观察p38丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)信号通路在辛伐他汀体外干预刺激骨髓间充质干细胞成骨分化中的作用....     

骨形态发生蛋白2和7共转染骨髓间充质干细胞的成骨分化

背景：骨形态发生蛋白最主要的作用是诱导骨形成,但因提取困难、代谢速度快、难以准确控制其使用浓度、价格昂贵等限制了其在体外和体内相关研究中的应用。 目的：构建含特异细胞生长因子基因骨形态发生蛋白2,7的腺病毒载体,观察骨形态发生蛋白2和骨形态发生蛋白7基因共转染对兔骨髓间充质干细胞成骨分化的促进作用。 方法：将全骨髓贴壁法分离得到兔骨髓间充质干细胞传至第3代,分为5组,空白组和常规诱导组分别以常规培养基和成骨诱导分化培养基培养;骨形态发生蛋白2, 7腺病毒转染组：分别单独以骨形态发生蛋白2、骨形态发生蛋白7腺病毒进行转染;联合转染组：以2种骨形态发生蛋白腺病毒联合转染。 结果与结论：转染第7天,联合转染组成骨相关基因Runx-2、Osx、Ⅰ型胶原和碱性磷酸酶mRNA表达均较其他各组增高(P < 0.05);骨形态发生蛋白2,7腺病毒转染组上述指标较空白组和常规诱导组增高(P < 0.05)。转染第14天,联合转染组4个指标均较其他各组明显增高(P < 0.05);同时,4个指标表达均高于第7天(P < 0.05)。病毒转染后第7天,联合转染组Ⅰ型胶原和骨钙素蛋白表达均较其他组明显增高(P < 0.05)。提示对骨髓间充质干细胞进行骨形态发生蛋白2腺病毒和骨形态发生蛋白7腺病毒共转染后,较单基因转染和成骨诱导液诱导更能促进成骨相关基因和蛋白的表达。     

SDF-1/CXCR4信号通路参与骨形态发生蛋白2在诱导骨髓间充质干细胞迁移的作用北大核心

背景：SDF-1/CXCR-4生物轴对多种细胞的趋化能力,使其在多种组织的再生过程中发挥着重要的调控作用,但其是否参与介导骨形态发生蛋白2在骨修复过程中骨髓间充质干细胞归巢目前尚不清楚。目的：探索SDF-1/CXCR4信号通路在骨形态发生蛋白2诱导小鼠骨髓间充质干细胞迁移中的作用。方法：取对数生长期骨髓间充质干细胞,分别以0,50,100,200μg/L SDF-1,0,50,100,200μg/L骨形态发生蛋白2以及50μg/L AMD3100进行干预,诱导细胞迁移并Transwell检测。结果与结论：骨髓间充质干细胞的迁移数量与SDF-1和骨形态发生蛋白2密切相关,并且与SDF-1和骨形态发生蛋白2的浓度成正比,当联合使用SDF-1和骨形态发生蛋白2时,细胞迁移数较单独使用时增多,当质量浓度为200μg/L时,骨髓间充质干细胞迁移数量最多,并呈＂巢穴＂样分布。阻断剂AMD3100明显抑制骨形态发生蛋白2诱导骨髓间充质干细胞迁移,但当增加骨形态发生蛋白2浓度达到一定量时,骨髓间充质干细胞迁移数随着骨形态发生蛋白2浓度的增加而增多。提示SDF-1/CXCR4信号通路参与骨形态发生蛋白2诱导骨髓间充质干细胞的迁移。     

骨髓间充质干细胞成骨分化中血管内皮生长因子和骨形态发生蛋白2的表达

背景：有研究表明血管内皮生长因子可促进内皮细胞增殖、分化和迁移,而骨髓间充质干细胞经诱导分化后细胞自身的血管内皮细胞生长因子及骨形态发生蛋白2如何表达,却鲜见报道。 目的：观察兔骨髓间充质干细胞成骨诱导分化过程中血管内皮细胞生长因子和骨形态发生蛋白2的表达。 方法：取第3代新西兰大白兔骨髓间充质干细胞,1 d后将细胞分为两组：对照组不更换培养基;诱导组加入成骨诱导培养基进行成骨诱导,流式细胞仪检测其表面抗原。RT-PCR和Western-Blot检测细胞成骨分化过程中血管内皮细胞生长因子和骨形态发生蛋白2的表达。 结果与结论：兔骨髓间充质干细胞成骨诱导后,细胞形态由长梭形逐渐变为短梭形,多角形,最后成集落层叠生长;在诱导过程中,碱性磷酸酶活性逐渐增高,与对照组比较有显著性差异(P < 0.05);诱导7 d时Ⅰ型胶原免疫细胞化学染色、14 时骨钙素免疫细胞化学染色、21 d时钙化结节染色阳性;RT-PCR和Western-Blot结果显示两组均有骨形态发生蛋白2和血管内皮细胞生长因子表达,诱导后第7,14,21天表达比较,差异有显著性意义(P < 0.05),第7天,两者表达最强。说明兔骨髓间充质干细胞分离、提取操作简便易行,且有较强的生长增殖能力,可诱导分化为成骨细胞。其在成骨诱导过程中,骨形态发生蛋白2和血管内皮生长因子表达均先增强后减弱,血管内皮细胞生长因子表达可能对血管生成有促进作用。     

骨形态发生蛋白4和骨形态发生蛋白4/7基因转染对骨髓基质干细胞成骨活性差异的比较

背景：有文献报道骨形态发生蛋白(bone morphogenetic proteins,BMPs)异源二聚体比同源二聚体的活性高,目前国内外尚无BMP-4/7异源二聚体与BMP-4同源二聚体间诱导成骨活性比较的报道。 目的：观察不同基因BMP-4、BMP-4/7对骨髓基质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cells,BMSCs)成骨活性的差异,探讨融合基因BMP-4/7的生物学活性。 方法：经脂质体转染分离培养的兔BMSCs,G418筛选出稳定表达株,利用RT-PCR法证明目的基因在BMSCs中的表达情况;以BMP-4和BMP4/7融合基因修饰的AAV载体,转染兔BMSCs,MTT法检测不同基因转染细胞的增殖能力;以BMP-4单基因和BMP-4/7融合基因修饰的AAV载体转染兔BMSCs 7 d后,测定两组细胞内碱性磷酸酶及骨钙素水平,观察成骨活性的变化。 结果与结论：实验成功构建高滴度的分别携带BMP-4单基因、BMP-4/7融合基因的重组腺相关病毒载体AAV-BMP-4、AAV-BMP-4/7;RT-PCR结果证明目的基因能够在BMSCs中得到稳定表达。AAV-BMP-4及AAV-BMP-4/7载体转染效率分别为68.20%、72.18%;转染BMSCs后,细胞增殖能力均明显提高,BMP-4/7融合基因的细胞增殖能力活性高于BMP-4单基因。以BMP-4和BMP-4/7融合基因修饰的AAV转染细胞7 d后,细胞内碱性磷酸酶活性明显上调,骨钙素水平升高,成骨活性均增强;两种基因比较,BMP-4/7融合基因成骨活性强于BMP-4单基因(P < 0.01)。提示BMP-4、BMP-4/7修饰的AAV载体转染效率高,对BMSCs均有成骨活性,其中BMP-4/7融合基因成骨活性强于BMP-4单基因。     

雷奈酸锶通过上调骨形态发生蛋白2的表达促进骨髓间充质干细胞分化为成骨细胞

目的: 探讨雷奈酸锶(strontium ranelate,Sr)是否可以通过上调骨形态发生蛋白 2(bone morphogenetic protein 2,BMP-2)的表达而促进大鼠骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cells,BMSCs)分化为成骨细胞。方法: 对大鼠BMSCs进行分离、纯化、培养及向成骨细胞的定向诱导分化,并在诱导培养时,根据实验目的加入不同浓度Sr以及BMP-2的拮抗剂noggin。用酶标法检测成骨细胞分化和功能成熟的早期标志物——碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)活性的变化,用茜素红染色检测细胞钙化水平,用Western blotting法检测BMP-2蛋白的表达水平。结果: 应用0.1~7 mmol/L Sr处理细胞7 d均可使细胞ALP活性显著增加,其中浓度为3 mmol/L时效果最显著;应用3 mmol/L Sr处理细胞21 d可使细胞钙化结节明显增多;应用0.1~7 mmol/L Sr处理细胞7 d后细胞内BMP-2蛋白水平明显增高;在Sr处理BMSCs前,应用BMP-2拮抗剂noggin预处理细胞2 h不仅抑制Sr对BMP-2表达的上调作用,还拮抗Sr对ALP活性及钙化结节形成的促进作用。结论: 上调BMP-2的表达可能是Sr促进大鼠BMSCs分化为成骨细胞的作用机制之一。     

Effects of bisphosphonates on proliferation and osteoblast differentiation of human bone marrow stromal cells

Bisphosphonates are well known potent inhibitors of osteoclast activity and are widely used to treat metabolic bone diseases. Recent evidence from in vitro and in vivo studies indicates that bisphosphonates may additionally promote osteoblastic bone formation. In this study, we evaluated the effects of three FDA-approved and clinically utilized bisphosphonates, on the proliferation and osteogenic differentiation of human bone marrow stromal cells (BMSC). BMSC were obtained from patients undergoing primary total hip arthroplasty for end-stage degenerative joint disease. Cells were treated with or without a bisphosphonate (alendronate, risedronate, or zoledronate) and analyzed over 21 days of culture. Cell proliferation was determined by direct cell counting. Osteogenic differentiation of BMSC was assessed with alkaline phosphatase bioassay and gene expression analyses using conventional RT-PCR as well as real-time quantitative RT-PCR. All bisphosphonates tested enhanced the proliferation of BMSC after 7 and 14 days of culture. Steady-state mRNA levels of key genes involved in osteogenic differentiation such as bone morphogenetic protein-2 (BMP-2), bone sialoprotein-II, core-binding factor alpha subunit 1 (cbfa1) and type 1 collagen, were generally increased by bisphosphonate treatment in a type- and time-dependent manner. Gene expression levels varied among the different donors. Enhancement of osteogenic differentiation was most pronounced after 14 days of culture, particularly following zoledronate treatment (p < 0.05 for BMP-2). In conclusion, using a clinically relevant in vitro model we have demonstrated that bisphosphonates enhance proliferation of BMSC and initiate osteoblastic differentiation. When administered around joint replacements, bisphosphonates may potentially compensate for the deleterious effects of particulate wear debris at the bone-implant interface, by encouraging increased numbers of cells committed to the osteoblastic phenotype, and thus improve the longevity of joint replacements.     

辛伐他汀促进大鼠BMSCs分化为成骨细胞

目的 探讨辛伐他汀对体外诱导培养的大鼠骨髓基质干细胞（BMSCs）成骨分化的作用,以及对大鼠BMSCs基因表达谱的影响。方法 取6周龄雄性SD大鼠股骨、胫骨BMSCs进行培养,第3天改用成骨诱导培养基,同时实验组（SIM）加入辛伐他汀（1×10-7mol/L）,对照组（V）加入等量溶剂。细胞培养的第14天进行碱性磷酸酶（ALP）比活性测定;第21天进行如下检测：Von Kossa染色观察细胞外基质矿化情况;提取、纯化mRNA,逆转录合成cDNA,荧光标记后与大鼠全基因组寡核苷酸芯片（G4130A）杂交、扫描后筛选出差异表达的基因,Real-time RT-PCR验证部分差异表达基因mRNA的表达。 结果 1. SIM组ALP比活性及细胞外基质矿化能力明显强于V组(p<0.05);2. 在22,575个基因中,共检测出678个差异表达基因,其中包括ALPl、TGFβ1、OCN、 DLX5、Axin2、BMP-2、IBSP、MMP13等与成骨分化相关的基因。结论 辛伐他汀能够促进体外诱导培养的BMSCs向成骨细胞分化,其作用机制可能与调控多种成骨相关基因的表达有关。     

骨髓间充质干细胞成骨分化中的微小RNA及Wnt通路

背景：有差异性表达的微小RNA在成骨细胞的增殖和分化中发挥广泛而又重要的作用,但其作用机制、作用靶点还不甚清楚,是近年来的研究热点。 目的：对微小RNA通过Wnt信号通路调节成骨分化方面的研究现状及新进展作一综述。 方法：应用计算机检索2000年1月至2012年1月CNKI和PubMed数据库,在标题和摘要中以“MicroRNA,Wnt通路,成骨分化”或“MicroRNA,Wnt pathway,osteogenesis”为检索词进行检索。选择文章内容与微小RNA经典Wnt通路促进成骨分化有关者,同一领域文献则选择近期发表或发表在权威杂志的文章。初检得到205篇文献,最终选择33篇文献进行综述。 结果与结论：微小RNA是近年来生命科学的研究热点,越来越多的研究表明微小RNA作用于经典Wnt信号通路在成骨分化过程中发挥了重要作用。了解微小RNA在成骨分化中的调控机制是骨组织工程化培养的基础,具有巨大的应用前景。目前关于微小RNA的研究工作还处于起步阶段。     

杜仲醇提取物诱导骨髓间充质干细胞成骨分化中的Wnt信号途径

背景：近年来,中药及中药有效部分对骨质疏松的干预和治疗作用的报道较多,但涉及细胞成骨分化调控的信号途径的报道较少。 目的：观察杜仲诱导大鼠骨髓间充质干细胞成骨分化过程中Wnt信号途径相关基因表达的变化。 方法：将第3代SD大鼠骨髓间充质干细胞,接种到6孔培养板中,每孔1×103个细胞,24 h后更换诱导培养基(含体积分数为7.5%胎牛血清的DMEM/F12(1∶1)加1/1 000浓度的杜仲醇提取物)。阴性对照组仍为正常培养基培养。诱导8 h,1 d,3 d和7 d时采用RT-qPCR法测定Wnt信号途径中Fzd和LRP受体系列、β-catenin、核内Wnt调控靶基因系列及Wnt抑制因子(WIF1)等表达变化。 结果与结论：与阴性对照组比较,诱导3 d后Fzd2表达升高11.86倍,Fzd3升高达到2倍;诱导7 d后,Fzd2表达升高5.12倍,Fzd3恢复到正常水平;β-catenin 在诱导3 d时表达升高达2倍;WIF1在诱导3 d和7 d后表达显著下降。结果提示Wnt信号途径可能参与了杜仲促骨髓间充质干细胞成骨分化过程。     

The effect of simvastatin on the proliferation and differentiation of human bone marrow stromal cells

Statins have been postulated to affect the bone metabolism. Recent experimental and epidemiologic studies have suggested that statins may also have bone protective effects. This study assessed the effects of simvastatin on the proliferation and differentiation of human bone marrow stromal cells (BMSCs) in an ex vivo culture. The bone marrow was obtained from healthy donors. Mononuclear cells were isolated and cultured to osteoblastic lineage. In the primary culture, 10(-6) M simvastatin diminished the mean size of the colony forming units-fibroblastic (CFU-Fs) and enhanced matrix calcification. At near confluence, the cells were sub-cultured. Thereafter, the alkaline phosphatase (ALP) activities of each group were measured by the time course of the secondary culture. Simvastatin increased the ALP activity in a dose dependent manner, and this stimulatory effect was more evident during the early period of culture. A 3-[4, 5-dimethylthiazol-2-yl]-2, 5-diphenyltetrazolium bromide (MTT) assay was performed during the secondary culture in order to estimate the effect of simvastatin on the proliferation of human BMSCs. When compared to the control group, simvastatin significantly decreased the proliferation of cells of each culture well. 10(-6) M of simvastatin also significantly enhanced the osteocalcin mRNA expression level. This study shows that simvastatin has a stimulatory effect on bone formation through osteoblastic differentiation, and has an inhibitory effect on the proliferative potential of human BMSCs.     

beta-TCP microporosity decreases the viability and osteoblast differentiation of human bone marrow stromal cells

Association of osteoprogenitor cells to calcium phosphate ceramics is currently under intense investigation, for its considered ability to induce bone formation and therefore to allow the successful repair of large bone defects. However, if the first experimental and clinical studies provided promising results, lack of new bone formation has been reported in a large number of animal experiments. In this context and since it has been reported that in some conditions, calcium phosphate ceramic microstructure induces ectopic bone formation, we investigated the effects of ceramic microporosity on the behavior of osteoprogenitor cells for the development of hybrid materials. Human bone marrow stromal cells (BMSCs) were seeded on beta-tricalcium phosphate (TCP) ceramics with 0, 25, or 45% microporosity and cell adhesion, viability, and osteoblastic differentiation have been studied for three weeks. Cell counts, measurement of MTS conversion, and LDH activity indicated that microporosity decreased the viability of BMSCs in a time and rate-dependent manner. In addition, microporosity inhibited osteoblastic differentiation as compared with nonmicroporous ceramics, as revealed by decreased alkaline phosphatase activity and osteocalcin secretion. Results of this in vitro study therefore highlight a negative role for beta-TCP microporosity in the behavior of human osteoprogenitor cells.     

Stimulation of the differentiation of osteogenic rat bone marrow stromal cells by osteoblast cultures

The effect of conditioned medium (CM) from rat calvaria (RC) cel cultures on the growth and differentiation of osteogenic cells in rat bone marrow stromal cell (BMSC) cultures was investigated. Control cultures received either CM from periodontal ligament fibroblast cultures or fresh medium. RCCM stimulated the formation of nodules of bonelike tissue in bone marrow stromal cell cultures in a dose-dependent manner,and the maximal stimulation was associated with the osteoblast-enriched cell populations of the RC cultures. Ultrafiltration demonstrated that activity was confined to a CM fraction of 10- to 30-kilodalton molecular size. The activity was sensitive to boiling and trypsin treatments, but was not affected by neutralizing antibodies to transforming growth factor beta or insulin-like growth factor I or II. RCCM was found to initially increase the number and proportion of cells that expressed alkaline phosphatase activity, although the proportion of alkaline phosphatase-positive cells subsequently declined. These data were consistent with an initial stimulation of proliferation of a subpopulation of osteoprogenitor cells within the cultures, followed by their differentiation. The results suggest that mature osteoblasts may produce a paracrine growth factor that can stimulate the differentiation of osteoblasts from precursor cells.