淫羊藿素通过雌激素受体和骨形态发生蛋白信号诱导MC3T3-E1 subclone 14细胞分化

目的: 观察淫羊藿素(ICT)对MC3T3-E1 subclone 14前体成骨细胞株增殖、分化的影响,以及雌激素受体(ER)和骨形态发生蛋白(BMP)信号在分化中的作用。方法: WST-8、BrdU法检测ICT对MC3T3-E1 subclone 14细胞活力和增殖的影响;ICI182780阻断ER受体信号后,检测ICT和noggin对MC3T3-E1 subclone 14细胞碱性磷酸酶(ALP)活性、I型胶原(Col I)和骨钙素(BGP)的影响;实时荧光PCR检测ICT对BMP-2、4、7 mRNA表达的影响;Western blotting检测ER受体信号阻断后,ICT对Smad1/5/8蛋白磷酸化的影响。结果: ICT(0.1 μmol/L、1 μmol/L)可以提高MC3T3-E1 subclone 14细胞ALP、Col I、BGP和矿化结节数量(P<0.01或P<0.05),表明ICT有促分化的作用,但对细胞活力和增殖指数无明显影响;阻断ER受体信号后,ICT促分化作用明显下降(P<0.01);ICT可以提高BMP-2、4 mRNA的表达(P<0.01),但对BMP-7 mRNA无作用(P>0.01);阻断ER信号后,ICT 促Smad1/5/8磷酸化明显减弱(P<0.01)。进一步阻断BMP/Smad信号可以抑制ICT促分化的作用(P<0.01)。结论: ICT可以通过ER受体激活BMP/Smad信号通路,进而促进MC3T3-E1 subclone 14细胞的分化。     

过表达miR-30a抑制BMP9诱导C2C12细胞的成骨分化

目的探讨miR-30a在BMP9诱导间充质干细胞C2C12成骨分化中的作用。方法 BMP9条件培养基处理间充质干细胞C2C12诱导成骨分化,用real-time PCR连续检测miR-30家族成员的mRNA。用BMP9条件培养基作用Ad-mmu-miR-30a预处理的C2C12细胞,通过ALP染色和活性检测来反映早期成骨指标ALP的表达、分别在mRNA水平和蛋白水平检测中期成骨指标(OCN)的表达、用钙盐沉积来检测晚期成骨分化,用流式细胞术和MTT检测C2C12细胞的周期与增殖。最后探讨miR-30a在BMP9诱导C2C12细胞成骨分化中的作用机制。结果 miR-30家族中,只有miR-30a在BMP9诱导C2C12细胞成骨分化中表达下调,miR-30a过表达后,通过靶基因Runx2使BMP9诱导成骨分化能力减弱,ALP的表达下降(P0.05),OCN蛋白水平和mRNA水平也都表达下调(P0.05),钙盐沉积受到抑制。结论 miR-30a可以抑制BMP9诱导C2C12细胞的成骨分化。     

由BMP-4基因转入C2C12细胞引起的成肌细胞到成骨细胞的表型转变

目的:研究BMP-4基因对C2C12细胞分化的影响。方法:BMP-4基因在pCI-neo质粒中构建后转入C2C12细胞。转入pCI-neo-BMP-4重组质粒的细胞、转入pCI-neo质粒的细胞及没有转染的细胞在相同的条件下培养。结果:转入pCI-neo质粒的细胞及没有转染的细胞在增殖期和分化期均不表达BMP-4,在未分化期表现为典型的星形形态,并相互融合成细长而多核的肌小管。而转入pCI-neo-BMP-4重组质粒的细胞在增殖期和分化期均大量表达BMP-4,形态上不形成肌小管,而是形成类似成骨细胞的形态,并高水平表达碱性磷酸酶、在培养基中分泌骨钙素。结论:表明将BMP-4基因转入C2C12细胞可改变其肌源的分化途径,而分化为成骨细胞系,且这种分化转向是基因水平上的。     

BMP-2表达上调剂的筛选及其抗骨质疏松活性研究

目的筛选上调骨形态发生蛋白2(BMP-2)表达的新型小分子活性化合物,为研发抗骨质疏松药物提供先导化合物。方法应用国家新药(微生物)筛选实验室前期建立的BMP-2表达上调剂的高通量筛选模型,对化合物库中10 000余个化合物进行筛选,以染料木素作为阳性对照;应用实时定量PCR和Western blot方法检测活性化合物对U-2OS细胞BMP-2 mRNA和蛋白表达水平的影响。在mRNA水平考察了活性化合物对Runx2表达的影响,Western blot法检测活性化合物对Smad1/5/8蛋白磷酸化水平的影响;用PNPP法检测碱性磷酸酶活性,验证活性化合物体外促进成骨细胞分化的作用。结果在BMP-2表达上调剂模型细胞上筛选得到活性化合物E19773,其在模型细胞上的EC50为46.2μmol/L;实时定量PCR结果显示,化合物E19773能够提高U-2OS细胞BMP-2和Runx2的mRNA表达水平;Western blot结果显示,Smad1/5/8蛋白磷酸化水平明显升高;碱性磷酸酶结果表明E19773能够在体外促进成骨细胞的分化。结论化合物E19773在0.75~50μmol/L浓度范围内能明显上调BMP-2的表达,主要通过Smads通路来调控细胞成骨分化,是活性较好的BMP-2上调剂。     

BMP-2和FGF-2对小鼠骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化的影响

目的:观察骨形成蛋白(BMP-2)和成纤维细胞生长因子2(FGF-2)对小鼠骨髓间充质干细胞(MSCs)向成骨细胞分化的影响.方法:取3～18月雄性C57BL/6J小鼠(共50只)的骨髓细胞, 分离贴壁培养后, 用免疫磁珠法纯化, 并鉴定为MSCs后, 再进行贴壁培养24 h后, 分别在成骨细胞诱导培养液中加入100 μg/L BMP-2和0.5 nmol/L FGF-2持续诱导7、 14、 21 d后, 进行碱性磷酸酶染色、碱性磷酸酶活性检测, Vonkossa染色以及茜素红染色, 并用递转录荧光定量PCR法检测向成骨细胞分化的标志性基因(Runx2/cbfa1、 Alp、 collagen-1、 osteocalcin)的表达情况.结果:BMP-2刺激组的ALP活性以及钙化结节明显高于对照组, Runx2/cbfa1, ALP, collage-1, osteocalcin的mRNA呈高表达; FGF-2刺激组的ALP活性以及钙化结节也高于对照组, Runx2/cbfa1、 Alp、 collagen-1、 osteocalcin的mRNA表达量也高于对照组, 但不如BMP-2明显. 结论:BMP-2和 FGF-2在不同程度上促进体外培养的小鼠MSCs向成骨细胞方向分化.     

不同氧浓度对骨髓基质细胞向成骨细胞分化的影响

目的:观察不同低氧环境对在向成骨细胞分化培养系中的骨髓基质细胞核心结合因子α1(Cbfα1/Runx2)、骨形态发生蛋白2(BMP2)和过氧化物酶体增殖物激活受体γ2(PPAR-γ2)表达的影响,探讨低氧环境对成骨细胞分化的影响。方法:取4月龄雌性SD大鼠骨髓基质细胞在生长培养基中培养传代后,随机分成4组,每组样本数为8,加入分化培养基,分别将细胞放入4个不同氧浓度中继续培养,3d后进行下面的实验:用Trizol提取细胞总RNA,用半定量逆转录PCR(RT-PCR)检测(Cbfα1/Runx2)、BMP2和PPARγ2mRNA的表达;用Western blotting检测(Cbfα1/Runx2)、BMP2蛋白的表达。结果:1.与常氧组(20%)相比,各低氧组Runx2mRNA和Runx2蛋白的表达明显增加。2.与常氧组(20%)相比,各低氧组BMP2mRNA的表达明显增加,低氧可促进BMP2蛋白的表达。3.与常氧组(20%)相比,各低氧组PPARγ2mRNA的表达明显降低。结论:低氧能明显促进Runx2mRNA、BMP2mRNA和Runx2蛋白的表达,且氧浓度越低,Runx2mRNA、BMP2mRNA和Runx2、BMP2蛋白表达越多,相反,低氧能明显抑制骨髓基质细胞PPARγ2mRNA的表达,且氧浓度越低,PPARγ2mRNA的表达越低,表明低氧明显抑制骨髓基质细胞向脂肪细胞分化而促进其向成骨细胞分化。     

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。     

骨化三醇通过PI3K/AKT促进BMP9诱导的间充质干细胞成骨分化作用

目的研究骨化三醇(calcitriol)对骨形态发生蛋白9(bone morphogenetic protein 9,BMP9)诱导的间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCs)成骨分化作用的影响。方法实验分为4组:对照组、calcitriol组、BMP9组、calcitriol联合BMP9组。通过PNPP法检测各组碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)活性;通过RT-PCR和Western blotting方法检测成骨分化标记物骨钙蛋白(osteocalcin,OCN)和骨桥蛋白(osteopontin,OPN)表达变化,同时检测AKT和β-catenin磷酸化水平以及和ALP活性水平;茜素红染色检测矿化结节形成。此外,用原子力显微镜测试MSCs成骨分化过程中细胞形态及细胞弹性模量改变。结果 calcitriol单独作用对MSCs成骨分化过程无明显作用,但是calcitriol可以增强BMP9诱导MSCs的ALP、OCN、OPN表达和矿化结节形成。同时,calcitriol和BMP9作用均不影响细胞弹性模量数值。BMP9和calcitriol联合作用可以增强AKT和β-catenin磷酸化水平,而PI3K抑制剂应用以后可以抑制这种磷酸化变化,并抑制联合作用后的ALP活性。calcitriol作用以后不影响BMP9诱导的BMP/Smad信号通路。结论 calcitriol通过激活PI3K/AKT信号通路从而协同BMP9促进MSCs成骨分化。研究不同调控因子对MSCs成骨分化的作用及机制对于骨质疏松等疾病的治疗和骨组织工程的发展有一定意义。     

大鼠胚胎胸椎发育中转化生长因子β1、骨形成蛋白2和Smad4的表达及意义

目的:探讨转化生长因子β1(TGF-β1)、骨形成蛋白2(BMP-2)和Smad4蛋白在大鼠胚胎发育不同时期胸椎的表达情况及意义。方法:用免疫组织化学SABC法与RT-PCR法检测第11~19日在大鼠胚胎胸椎TGF-β1、BMP-2和Smad4表达情况。结果:TGF-β1、BMP-2和Smad4在大鼠不同发育时期胸椎表达部位的变化情况较一致,在E11~E16的脊索细胞及随后的髓核细胞一直呈阳性表达,在E11、E12的生骨节细胞不表达或表达很少;在E13~E19的成软骨细胞及软骨细胞的表达随胚龄的增加而增多;在E14~E19的软骨膜有阳性表达,在骨膜细胞有微弱表达;在软骨基质及围索管始终呈阴性表达。其中TGF-β1和BMP-2在E11~E13·5的细胞外基质有阳性表达,而Smad4无表达。TGF-β1的表达丰度相对恒定;BMP-2与Smad4的表达丰度各有不同程度的变化。结论:TGF-β1、BMP-2和Smad4可能与其他细胞外基质分子共同调节生骨节细胞的迁移、黏附以及围索管和软骨基质的产生有关,促进软骨细胞增殖、分化、成熟与凋亡,并进一步诱导软骨细胞的骨化。     

#br# rhTGF-β1对SD大鼠MSCs骨向分化的影响及机制研究

 目的：通过观察重组人转化生长因子 β1(rhTGF-β1)对大鼠骨髓间充质干细胞(MSCs)增殖和骨向分化能力的影响,以及对骨形态发生蛋白2(BMP-2)、Smad4及核心结合因子α1(Cbfa1)的作用,阐释其对MSCs骨向分化影响以及可能的作用机制。方法：用全骨髓贴壁法分离、纯化SD大鼠MSCs;用MTT法检测0、5、10、20、40、80和100 μg/L rhTGF-β1对MSCs增殖活性的影响;以碱性磷酸酶(ALP)活性及ALP染色阳性率确定rhTGF-β1的最佳促MSCs骨向分化浓度,并以该浓度对MSCs骨向分化进行干预。按是否添加经典成骨诱导液将实验分为：正常组、经典组、rhTGF-β1组和rhTGF-β1+经典组。通过检测ALP、I型胶原、骨钙素表达和钙化结节的数目,评价各组骨向分化能力;通过检测BMP-2、Smad4和Cbfa1 mRNA的表达,评价各组促MSCs骨向分化的可能作用机制。结果：rhTGF-β1最佳促MSCs增殖浓度为10 μg/L,最佳促MSCs骨向分化浓度为5 μg/L。经典组、rhTGF-β1组和rhTGF-β1+经典组均能促进MSCs骨向分化,刺激BMP-2分泌,并上调Smad4和Cbfa1 mRNA的表达,且rhTGF-β1对MSCs成骨分化的早期、中期效果好,而rhTGF-β1+经典组对MSCs成骨分化的晚期效果更为明显。结论:经典组、rhTGF-β1组和rhTGF-β1+经典组均有促MSCs骨向分化的作用,其机制可能是促进BMP-2的分泌,通过TGF-β超家族/Smads信号通路调控骨向分化。     

骨形态发生蛋白2诱导C2C12和MC3T3-E1的成骨分化与自噬

背景：一系列研究表明自噬与分化有密切联系;骨形态发生蛋白2是诱导C2C12、MC3T3-E1成骨分化经典途径,是研究成骨分化过程的理想模型。 目的：观察自噬与骨形态发生蛋白2诱导细胞株C2C12、MC3T3-E1成骨分化的关系。 方法：Real-Time PCR检测MC3T3-E1与C2C12在骨形态发生蛋白2(100 μg/L)诱导培养3 d后成骨与自噬相关指标变化。碱性磷酸酶染色检测不同浓度3-甲基腺嘌呤(0,1,5,10 mmol/L)对骨形态发生蛋白2(100 μg/L)诱导培养7 d MC3T3-E1与C2C12成骨指标碱性磷酸酶变化,Western Blot检测C2C12和MC3T3-E1在骨形态发生蛋白2(100 μg/L)诱导不同时间点(0,12,24,48,72,96 h)LC3-Ⅰ/Ⅱ蛋白表达水平。 结果与结论：在骨形态发生蛋白2诱导细胞株C2C12、MC3T3-E1成骨分化过程中,诱导自噬相关mRNA与蛋白水平均有增高趋势,且自噬相关蛋白LC3水平增高与时间相关。同时,抑制自噬成骨分化过程中碱性磷酸酶表达水平降低。因此,自噬与骨形态发生蛋白2诱导细胞株C2C12、MC3T3-E1成骨分化过程有密切关系。 中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建;骨细胞;软骨细胞;细胞培养;成纤维细胞;血管内皮细胞;骨质疏松;组织工程全文链接：     

BMP-2通过诱导RBP4表达调控小鼠骨髓间充质细胞的成骨分化

目的　探讨视黄醇结合蛋白4（RBP4）在骨形态发生蛋白（BMP-2）诱导骨髓间充质干细胞（BMSCs）成骨分化中的作用。  方法　用重组人源BMP-2（rhBMP-2）诱导小鼠BMSCs成骨分化,采用Western-blot和qPCR检测成骨分化过程中RBP4表达情况;RNA干扰技术抑制RBP4表达,检测小鼠BMSCs成骨分化情况。  结果    qPCR和western-blot检测结果表明：rhBMP-2诱导小鼠BMSCs细胞7 d后,成骨分化明显,同时细胞RBP4表达水平显著升高;转染RBP4 siRNA 24 h后以rhBMP-2诱导7 d,小鼠BMSCs细胞成骨分化被显著抑制。   结论    BMP-2通过诱导RBP4表达,促进小鼠BMSCs的成骨分化。     

Glycosaminoglycan chains of biglycan promote bone morphogenetic protein-4-induced osteoblast differentiation

Biglycan (BGN) has been reported to promote bone morphogenetic protein-4 (BMP-4) stimulated osteoblastic differentiation. However, the underlying mechanism has yet to be fully elucidated. The glycosaminoglycan (GAG) chains of BGN have?a variety of?biological functions. In the present study, we explored the potential role of the GAG chains of BGN in promoting BMP-4-induced osteoblast differentiation. BGN knockout (KO) murine calvarial cells were transfected with adenovirus overexpressing wild-type BGN (Adv-BGN), adenovirus expressing GAG-mutant BGN (Adv-BGNm) and adenovirus without BGN (Adv-Emp). Transfected cells were treated with or without BMP-4. Subsequently, BMP-4 signaling and function were assessed by evaluating the expression of the osteoblast differentiation-related proteins, Smad1/5/8 phosphorylation and alkaline phosphatase (ALP) activity. Furthermore, the binding specificity of the transfected cells to BMP-4 was also investigated using immunofluorescence staining. Our study demonstrated that a mutant BGN lacking GAG chains decreased BGN-assisted BMP-4 signaling and osteoblast differentiation and that the expression of this mutant BGN in biglycan knockout (BGN?KO) calvarial osteoblasts could not rescue its differentiation deficiency as efficiently as wild-type (WT) BGN. These results strongly suggest that the GAG chains of BGN promote BGN-assisted BMP-4 function.     

MiR-183 regulates the differentiation of osteoblasts in the development of osteoporosis by targeting Smad4

ObjectiveTo discuss the effect of miR-183 on osteoblast differentiation in the osteoporosis progression via targeting Smad4.MethodsOsteoporosis models were constructed on ovariectomized (OVX) mice to determine the expression of miR-183 and Smad4. Then, MC3T3-E1 cells and primary osteoblasts were divided into Mock, miR-control, miR-183 mimic, miR-183 inhibitor, siSmad4 and miR-183 inhibitor + siSmad4 groups. Alkaline phosphatase (ALP) staining were performed to determine ALP activity, alizarin red staining to evaluate the calcium deposit, while qRT-PCR and Western blotting were used to determine the expression of related molecules. Besides, MC3T3-E1 cells transfected with miR-control or miR-183 mimic were cultured with or without TGF-β1 to verify whether miR-183 regulates the TGF-β signaling pathway.ResultsMiR-183 was up-regulated with decreased Smad4 in the femur of OVX mice, and dual luciferase reporter gene assay showed that Smad4 was a target of miR-183. As compared to Mock group, MC3T3-E1 cells and primary osteoblasts in the miR-183 mimic group and siSmad4 group had significant reductions of OCN, OPN, Runx2 and Osx, as well as decreased ALP activity and calcium deposit. Contrarily, miR-183 and Smad4 were up-regulated and down-regulated respectively. However, cells in the miR-183 inhibitor group manifested the opposite changes. Besides, osteoblast differentiation in the miR-183 inhibitor + siSmad4 group was weakened evidently when compared to miR-183 inhibitor group. Pathway analysis indicated that miR-183 regulated osteogenic differentiation via TGF-β signaling pathway.ConclusionMiR-183 was up-regulated in osteoporosis, and miR-183 overexpression can inhibit osteoblast differentiation by targetedly down-regulating TGF-β pathway member Smad4 to trigger osteoporosis.     

Brg1调控重组人骨形态发生蛋白2诱导成骨细胞分化

背景：Brg1是依赖ATP的染色质改变复合物的核心催化亚基,该亚基在基因的转录调控、复制、重组,骨骼肌的分化、抑制肿瘤的发生等活动中起着重要的作用。 目的：探索Brg1基因在骨形态发生蛋白2诱导成骨细胞分化过程中的调控机制。 方法：采用胶原酶消化法进行小鼠颅骨成骨细胞的原代培养;分别用0,50,200 μg/L的重组人骨形态发生蛋白2诱导原代培养的成骨细胞的分化,摸索骨形态发生蛋白2的最佳作用剂量;实时荧光定量PCR和Western blot进行骨形态发生蛋白2对Brg1的作用时间的动力学分析;实时荧光定量PCR和钙钴染色法检测敲除Brg1对骨形态发生蛋白2诱导的成骨分化的影响;构建Dlx5腺病毒重组表达载体,实时荧光定量PCR和钙钴染色法检测Brg1在骨形态发生蛋白2诱导的成骨分化过程中对Dlx5的调控作用。 结果与结论：用自行合成的重组人骨形态发生蛋白2可诱导原代培养小鼠成骨细胞分化,200 μg/L剂量有着较好的诱导分化效果;重组人骨形态发生蛋白2可诱导Brg1基因转录水平和翻译水平表达水平上调;敲除Brg1可抑制重组人骨形态发生蛋白2诱导的成骨分化;Brg1能够调控Dlx5的表达水平。说明Brg1通过调控Dlx5的表达水平调控重组人骨形态发生蛋白2诱导的小鼠成骨细胞的分化。     

Involvement of p38MAPK/NF-κB Signaling Pathways in Osteoblasts Differentiation in Response to Mechanical Stretch

Bone morphogenetic proteins (BMPs) are known to be important in osteoblasts' response to mechanical stimuli. BMPs/Smad signaling pathway has been demonstrated to play a regulatory role in the mechanical signal transduction in osteoblasts. However, little is currently known about the Smad independent pathway in osteoblasts differentiation in mechanical loading. In this study, MC3T3-E1 cells were subjected to mechanical stretch of 2000?micro-stain (με) at 0.5?Hz, in order to investigate the involvement of p38MAPK and NF-κB signaling pathways in mechanical response in osteoblasts. We found BMP-2/BMP-4 were up-regulated by mechanical stretch via the earlier activation of p38MAPK and NF-κB signaling pathways, which enhanced osteogenic gene expressions including alkaline phosphatase (ALP), collagen type I (Col I) and osteocalcin (OCN), and the expressions of these osteogenic genes were remarkably decreased with Noggin (an inhibitor for BMPs signals) pretreatment. Furthermore, BMP-2/BMP-4 expressions were suppressed by PDTC, an inhibitor of NF-κB pathway and SB203580, an inhibitor of p38MAPK pathway, respectively, leading to the declined levels of ALP, Col I and OCN. Interestingly, blocking in p38MAPK pathway can also cause the inactivation of NF-κB pathway in mechanical stretch. Collectively, the results indicate during mechanical stretch p38MAPK and NF-κB signaling pathways are activated first, and then up-regulate BMP-2/BMP-4 to enhance osteogenic gene expressions. Moreover, p38MAPK and NF-κB signals have cross-talk in regulation of BMP-2/BMP-4 in mechanical response.