HIF-1α在骨血管及骨代谢方面与骨质疏松症相关性研究进展

骨质疏松症(osteoporosis,OP)是一种骨退行性慢性代谢性疾病,以骨量减少、骨组织微观结构退化,易骨折和骨的力学性能下降为特征。骨血管的生成、骨代谢中骨生成和骨吸收的平衡以及骨髓间充质干细胞的增殖、迁移和向成骨分化作用对于骨质疏松的发生发展及防治至关重要,氧是骨细胞生长、发育及功能代谢的重要条件,骨微环境处于天然的低氧状态下,其中维持骨稳态的成骨细胞和破骨细胞均属于氧感应细胞,缺氧诱导因子-1(hypoxia inducible factor-1,HIF-1)是具有转录活性的核蛋白,其活性亚基HIF-1α是细胞感知和适应氧调节机制的核心调控因子,在细胞氧调控中发挥着不可替代的作用,HIF-1α对骨血管生成以及骨代谢作用的研究为骨质疏松症的防治提供了更多可能。研究证明HIF-1α可通过多种信号通路、蛋白、miRNA等调节骨血管生成、成骨细胞和破骨细胞生成分化,调控骨髓间充质干细胞的增殖、迁移以及向成骨分化作用,HIF-1α可能成为防治骨质疏松症极具潜力的新靶点。本文旨在综述HIF-1α在骨血管生成及骨代谢方面对骨质疏松症发生发展的影响及防治作用。     

低氧诱导因子-1α参与骨发育及骨代谢调控的研究进展

低氧诱导因子-lα( hypoxia inducible factor-1α,HIF-1α)是组织细胞在低氧状态下激活相应基因转录的核心调节因子之一,在骨发育和代谢过程中起到非常重要的作用。通过敲除Vhl基因高表达HIF-1α可以促进血管和骨组织的生成,但这一过程的分子机制依然不明确。目前巳知HIF-1α在骨的发育过程中可以调节多种蛋白因子和信号通路,如血管内皮生长因子 (vascular endothelial growth factor,VEGF)和经典Wnt信号通路,而这些蛋白因子和信号通路大多能对细胞的分化、增殖及功能进行调节。本文综述骨组织发育和代谢过程中HIF-1α、Wnt信号通路、骨保护素(osteoprotegerin,OPG)等所起的作用以及它们之间的联系,从而进一步探讨HIF-1α在骨发育及骨代谢调控中的机制。     

细胞因子、激素调节骨保护素和骨保护素配体基因表达及破骨细胞功能的研究进展

破骨细胞(Osteoclast OC)是骨吸收细胞，已知其功能与分化的调节是由成骨细胞(Osteoblast OB)完成的。发现了其调节的新的分子学机理。破骨细胞的分化依赖于成骨／基质细胞，在研究破骨细胞的过程中发现了一种由成骨／基质细胞产生的因子一骨保护素(Osteoporotegerin OPG)及骨保护素配体(Re-     

破骨细胞分化中的信号环路与调节

骨的形态、结构通过不断的形成与吸收来维持。形成与吸收的不平衡造成以骨量改变为特征的代谢性骨病 ,如骨质疏松 (Ｏｓｔｅｏｐｏｒｏｓｉｓ)和石骨症 (Ｏｓｔｅｏｐｅｔｒｏｓｉｓ)。而骨的生长、发育和维持是一个高度调节过程 ,受全身和局部因子调节。基因在其中起决定因素作用。一、概述成骨细胞 (Ｏｓｔｅｏｂｌａｓｔｓ,ＯＢ)是骨形成细胞 ,由基质干细胞起源。破骨细胞 (Ｏｓｔｅｏｃｌａｓｔｓ,ＯＣ)则主要负责骨吸收 ,来源于单核 巨噬细胞系的前体细胞。造血前体细胞在骨营养激素和骨微环境产生的局部因子调节下 ,在骨吸收部位分化…     

缺氧诱导因子1α在组织工程成骨和成血管中的作用

目的总结缺氧诱导因子1α(hypoxia-inducible factor 1α,HIF-1α)在组织工程成骨和成血管中的作用和应用进展。方法查阅国内外关于HIF-1α在组织工程成骨和成血管中的相关研究文献,进行分析和归纳总结。结果 HIF-1α在成血管-成骨耦连反应中发挥关键作用,作为上游基因调控着体内多种成血管、成骨基因的表达;在组织工程骨的再生修复中,HIF-1α不仅调节和促进血管生成,并且对种子细胞尤其是干细胞增殖和分化有重要影响和意义,从而为骨缺损修复奠定基础。结论随着组织工程技术的发展,HIF-1α在应用中存在的有效剂量靶向控释、促炎和致癌等相关问题将逐步得到解决,以期更好应用于临床。     

缺氧状态对骨形态发生蛋白-2诱导分化体外复合富血小板血浆凝胶的骨髓间充质干细胞的影响

目的研究缺氧状态对骨形态发生蛋白-2(BMP-2)诱导分化体外复合富血小板血浆(PRP)凝胶的骨髓间充质干细胞(BMSCs)的影响。方法取第三代培养的BMSCs细胞与PRP凝胶相混合,通过构建细胞缺氧模型,根据培养条件的不同确定实验分组:常氧BMSCs+PRP组(A组)、常氧BMP-2+BMSCs+PRP组(B组)、低氧BMSCs+PRP组(C组)、低氧BMP-2+BMSCs+PRP组(D组)。反转录-聚合酶链反应法(RT-PCR)及Western-blotting检测各组成软骨及成骨基因的表达。结果 RT-PCR检测表明C组和D组的Ⅱ型胶原、蛋白聚糖和低氧诱导因子-1α(HIF-1α)表达均较A组和B组明显升高;Ⅰ型胶原和碱性磷酸酶(ALP)在B组的表达最高;A组与B组runt相关转录因子2(Runx2)的表达较C组和D组明显升高。Western-blotting检测结果表明B组和D组的Ⅱ型胶原表达较A组和C组明显升高;C组与D组的HIF-1α表达较A组与B组显著升高;D组的SOX-9表达较其余3组显著升高。所有结果差异均有统计学意义(P0.05)。结论低氧条件能显著促进BMP-2对BMSCs的成软骨诱导分化,同时抑制BMSCs的成骨分化。HIF-1α可能是这一过程的重要调节因子,其可能通过调节SOX-9的表达来发挥促BMSCs成软骨细胞分化的作用。     

FGF-2与BMP-2在颅缝细胞成骨分化中的相互作用

目的探讨碱性成纤维生长因子2(FGF-2)与骨形成蛋白2(BMP-2)在颅缝细胞成骨分化中的相互作用及其机制。方法获取新生SD大鼠颅骨矢状缝及冠状缝处颅缝细胞,在培养体系中添加FGF-2,观察BMP-2表达情况。同时在培养体系中添加FGF-2及BMP-2,ALP染色、矿化染色、qPCR检测成骨标志物,观察颅缝细胞成骨分化情况。添加BMP-2抑制剂Noggin后,观察颅缝细胞成骨分化的转归。结果FGF-2可促进BMP-2在颅缝细胞中的表达,呈浓度依赖性及时间依赖性;两者同时作用颅缝细胞可促进其晚期成骨分化,抑制其早期成骨分化。Noggin阻断BMP-2信号通道后,FGF-2及FGF-2+BMP-2促进颅缝细胞晚期成骨分化作用均减弱。结论BMP-2是FGF-2调控颅缝细胞晚期成骨分化不可或缺的下游因子。     

薯蓣皂苷通过ERα/miR503/RANK信号通路抑制破骨细胞生成

目的 探究薯蓣皂苷对小鼠破骨细胞前体细胞(RAW264.7)破骨分化的抑制作用以及潜在机制。方法 利用核因子κB受体活化因子配体(RANKL)诱导的RAW264.7破骨分化模型,设置模型对照组、雌激素组、薯蓣皂苷低剂量组、薯蓣皂苷高剂量组,通过CCK8法检测不同浓度薯蓣皂苷对细胞的毒性作用,通过TRAP染色进行破骨细胞计数,qPCR检测细胞中ERα/miR503/RANK信号通路及破骨标志性基因TRAP、MMP9、CTSK基因表达水平,Western blot检测细胞中ERα、RANK蛋白表达水平。结果 薯蓣皂苷对RAW264.7细胞无明显毒性作用。与模型对照组比较,高剂量薯蓣皂苷组及雌激素组的TRAP阳性细胞数目下降(P<0.05),薯蓣皂苷及雌激素上调了ERα、miR-503-5p的表达水平,抑制了RANK的表达水平,下调了破骨标志性基因的表达(P<0.05)。结论 薯蓣皂苷可能通过ERα/miR-503/RANK信号通路下调破骨标志性基因,从而抑制RAW264.7细胞破骨分化。     

骨骼组织对细胞素的反应

骨和软骨一类结缔组织内个别细胞型之间的沟通对于在生理及病理情况下决定这些组织的表型特征是非常重要的。细胞素能调节其它细胞的活性,并在细胞沟通过程中起关键作用。分子生物技术的应用已经使确认特异的细胞素成为可能。这些细胞素以前只是在生物活性的基础上有所明确。这些产物的克隆及顺序已经为细胞素的存在提供正式证据,并可确认它们生物活性的全部情况。这些结果提示:个别的细胞素可以有多方面的生物活性,而众多的细胞素却又可以有共同的功能特性。基于这些结果,“细胞素”这一名称已被普遍应用于诸如白介素、单核细胞素、淋巴细胞素的生长因子或分化因子。细胞素在开始并控制骨组织的生长和发育以及在调节成年机体的骨改建上有重要作用。象在其它结缔组织一样,这些作用是通过旁分泌、自分泌及内分泌机理而得到调节。在骨骼组织中,细胞素还可以通过另外一个机理来调节各种骨的细胞活性。在局部骨内产生的因子以及通过血循环从远处抵达骨的因子被结合进钙化骨基质,在骨改建过程中这些因子被释放出来,并为偶合骨吸收细胞及骨形成细胞提供基础。影响骨组织的主要细胞素包括那些原来被称为单核细胞素或淋巴细胞素的因子,如IL-1、TNT-α、TNF-β及IFN-γ;包括集落刺激因子及生长和分化因子,如TGF-α及TGF-β、IGF-I、PDGF及FGF。虽然个别细胞素的作用很不同,但是可以根据对骨形成及骨吸收特异方面的作用,将个别因子进行分类。最近在阐明细胞素作用的机理方面已取得明显的进展。应用核素配体的结合研究已经确定特异的细胞表面受体,以及它们在骨组织中的分布和性能。各种不同的信号传导途径涉及这些作用的调节。可能的途径还包括内源性细胞内或膜结合底物的磷酸化作用。这种磷酸化作用是由受体-调节酪氨酸特异的蛋白激酶或配体-诱导的第二信使分子(cAMP、二酰基甘油、三磷酸肌醇或钙离子)的释放或产生所引起。有关这些及其它细胞素作用的不同影响和机理的更完整知识,将为在生理及病理情况下调节骨组织内平衡的因素提供更多的了解。     

2010年骨分子生物学研究进展

2010年骨相关细胞生物学、骨组织矿化、骨发育、骨构塑与重建领域均有不同程度的研究进展.已知骨相关组织细胞分化及功能调控因子的作用机制得到深入研究并发现新的重要调节因子,其中再生蛋白(neogenin)在软骨细胞肥厚分化中的作用尤其引人关注,首次发现微小RNA(microRNA)在破骨细胞分化中的作用.软骨内成骨和骨组...     

免疫系统调节破骨细胞功能研究进展

调节破骨细胞(OC)分化和功能的细胞因子及相关信号途径,在免疫系统中起重要作用,免疫系统影响OC的分化和功能。淋巴细胞是调节OC功能的主要免疫细胞,既有促进骨溶解作用,又有抑制骨溶解作用。由于细胞微环境不同,淋巴细胞可分泌不同的细胞因子,这些因子通过影响OC的数量、寿命和骨吸收活性,对OC的功能产生促进或者抑制作用。该文就免疫系统对OC功能的调节研究进展作一综述。     

淫羊藿总黄酮调节骨代谢作用及药理机制的研究新进展

实验研究发现淫羊藿对不同类型骨质疏松大鼠模型均有骨代谢调节作用,临床研究亦发现采用淫羊藿治疗绝经后骨质疏松症也取得了明显的效果。其药理作用机制可能与降低破骨细胞内Ca2+浓度,影响成骨细胞增殖、分化、矿化;增加骨护骨素(OPG)mRNA的表达,提高成骨细胞Osterix基因表达水平,从而促进骨形成;通过升高人成骨细胞骨形成蛋白-2(BMP-2)mRNA的表达,增加骨形态生成蛋白2的生成刺激人类成骨细胞的增殖和分化;通过抑制TNF-αmRNA和促进TGF-β1mRNA的表达促进转化生长因子(TGF)-β1的产生,抑制肿瘤坏死因子-α(TNF-α)表达,进而阻止骨髓基质中破骨细胞的生成,减少骨质丢失;淫羊藿总黄酮增加骨桥蛋白(OPN)mRNA和Ⅰ型胶原的表达促进骨的生成;淫羊藿苷可通过选择性上调下丘脑和海马ERα,ERβmRNA的表达,降低骨组织中IL-6的表达,从而减少骨吸收;淫羊藿总黄酮可通过抑制DKK1蛋白的表达,调控去势雌性大鼠BMSCs成骨和成脂分化平衡调节骨代谢;淫羊藿苷通过上调Cbfal、BMP2和BMP4mRNA的表达而促进成骨细胞的分化,诱导大鼠骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化;淫羊藿总黄酮可显著改善雄性生殖系统和生殖内分泌功能,促进性腺的分泌,产生类雄激素样作用而促进成骨细胞的增殖与分化。笔者从多个层面对淫羊藿黄酮类成分抗骨质疏松作用机制进行阐述,提出今后在此研究基础上尚需进一步深入全面、系统的研究和阐述。     

不同浓度地塞米松诱导脂肪干细胞成骨分化的实验研究

目的地塞米松是MSCs成骨诱导分化的基础试剂,探讨诱导脂肪干细胞(adipose-derived stem cells,ADSCs)成骨分化过程中地塞米松的优选浓度,为进一步骨组织工程研究提供理论依据。方法 3月龄清洁级健康新西兰大白兔5只,雌雄不限,体重2～3 kg。取腹股沟区皮下脂肪4～6 mL,采用胶原酶消化离心贴壁法分离培养ADSCs,取第3代细胞进行实验。倒置相差显微镜观察细胞形态变化;联合CD44、CD106免疫荧光染色和成脂诱导分化鉴定ADSCs。调整细胞密度为1×105个/mL,分别用普通培养液(A组)及含0(B组)、1×10-9(C组)、1×10-8(D组)、1×10-7(E组)、1×10-6(F组)、1×10-5 mol/L(G组)地塞米松的成骨诱导培养液对ADSCs进行培养。MTT法检测细胞增殖情况;RT-PCR检测诱导细胞骨钙素(osteocalcin,OC)和核心结合因子α1(core binding factorα1,Cbfα1)的表达;测定ALP活性及矿化面积百分率;对矿化结节行茜素红染色。结果 ADSCs形态多为梭形、多角形,呈"漩涡状"排列;表面抗原分子CD44呈阳性,CD106呈阴性,成脂诱导后可观察到细胞内有脂滴形成,油红O染色呈阳性。MTT检测显示随地塞米松浓度升高,吸光度(A)值呈下降趋势;其中成骨诱导5、7 d时,D、E组A值比较差异有统计学意义(P<0.05)。RT-PCR检测示,成骨诱导7 d OC和Cbfα1 mRNA的表达分别在E组和D组达高峰;成骨诱导14 d ALP活性和矿化面积百分率均在D组达高峰,随后逐渐下降。D、E组间OC和Cbfα1 mRNA的表达量、ALP活性及矿化面积百分率比较差异均无统计学意义(P>0.05),与其余各组比较差异均有统计学意义(P<0.05)。成骨诱导14 d,G组细胞均死亡;茜素红染色除A、G组外均呈阳性。结论成骨培养液中地塞米松浓度为1×10-8 mol/L时,能在减少对细胞增殖抑制的同时,更有效地诱导ADSCs成骨分化。     

C/EBPα基因启动子DNA超甲基化对与PPARγ相关的HDAC1抑制解除作用

[目的]探究C/EBPα在诱导鼠胚胎间充质干细胞C3H10T1/2成骨过程中的调节机制.[方法]体外构建成骨分化模型,在RNA水平和蛋白质水平检测C3H10T1/2细胞成骨分化时转录因子PPARγ(过氧化物酶体增殖物激活受体,peroxisome proliferator-activated receptor,PPAR)的mRNA和蛋白质的表达情况;通过构建干扰转录因子PPARγ表达的siRNA腺病毒载体和PPARγ转录因子的拮抗剂G3335,研究PPARγ对于CCAAT启动子结合蛋白(C/EBPα)表达的作用;染色质免疫共沉淀技术(chromatin immunoprecipitation assay,CHIP)分析PPARγ2位于C/EBPα启动子-1286bp/-1065bp区域内的结合位点,并检测PPARγ表达情况对C/EBPα启动子-1286bp/-1065bp区段DNA甲基化和组蛋白去乙酰化的影响.[结果]C3H10T1/2细胞成骨分化过程中,PPARγ通过结合C/EBPα启动子-1286bp/-1065bp区段激活/促进该基因表达.在成骨作用终末阶段/后期观察到C/EBPα启动子-1286bp/-1065bp区段的DNA发生超甲基化,从而阻抑了PPARγ与之结合,与PPARγ相关的HDAC1抑制得以解除,从而下调了-1286bp/-1065bp区段的组蛋白乙酰化.[结论]本研究通过阐述C/EBPα对PPARγ的增强调控作用,揭示间充质干细胞成骨分化的深层次分子机制;同时通过探讨DNA甲基化和组蛋白去乙酰化通过PPARγ联系的机制,从而为调控间充质干细胞分化提供分子理论模型.     

MiRNA对成骨分化调控及骨质疏松发生的研究进展

微小RNA(microRNA,miRNA)是一类具有调控功能的非编码RNA,其主要起转录后的调控作用,在生物信号调节网络中扮演着重要的角色。miRNA与成骨分化,骨质新生,骨改建等过程密切相关,miRNA表达异常可导致骨质疏松等一系列骨代谢相关疾病。鉴于miRNA在骨代谢调控中的重要作用,本文就miRNA在细胞成骨分化及其与骨质疏松发病机制的研究进行综述,以期为骨代谢相关疾病的治疗提供新的方向。     

胰岛素样生长因子在骨生长,修复及改建中的作用

胰岛素样生长因子是骨组织细胞的极其重要的局部调节因子之一。一方面，通过内分泌、自分泌或旁分泌方式刺激成骨细胞的分化、增殖及其基质的形成，促进骨生长与修复；另一方面，通过介导作用，调节成骨细胞和破骨细胞泊分化形成及其功能活性，在骨改建偶联过程中发挥着重要的作用。     

TNF-α与干细胞成骨分化

肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factorα,TNF-α)在干细胞向成骨分化过程中扮演着双重角色(促进或抑制成骨分化),其过程受到多条信号通路调控,如Wnt、BMP-Smads、MAPK、NF-κB等信号通路。而TNF-α的作用时间、作用浓度及作用的干细胞类型又可能是决定其促进或抑制干细胞成骨分化的主要因素。本文就以TNF-α对干细胞成骨分化作用的相关信号通路及可能决定因素做一简要概述。     

核结合因子的表达及其对骨细胞的作用研究

核结合因子α1（Cbfα1）是编码成骨细胞的特异性转录因子，不仅促进成骨细胞的分化及骨形成，而且参与了软骨细胞的发育与分化过程。此外，Cbfα1还调节骨保护素的表达，从而抑制破骨细胞的形成和骨吸收，由于Cbfα1既可促进骨形成，又可抑制骨吸收，因此将骨形成和骨吸收两个不同的过程联系起来。此外多种激素和细胞因子可影响Cbfα1的活性和表达。研究Cbfα1基因表达的调节并发现增加其表达的因子，为治疗骨代谢性疾病提供了新的方向。     

骨形态发生蛋白在同种异体骨骨移植中研究进展

在同种异体骨骨移植的骨愈合过程中,骨形态生成蛋白(bone morphogenetic Protein,BMP)是关键性的调节因素,它们通过调节转录因子以及借助一些信号转导途径,促进骨祖细胞分化成为成熟的成骨细胞和软骨细胞,发挥了诱导分化和定向分化的效应。骨形态生成蛋白使诱导分化生成的新骨与以同种异体骨移植为支架的骨传导作用相辅相成,完成骨缺损的修复。本文就BMP在同种异体骨骨移植愈合过程中的作用机制的研究进展进行综述。     

AMPK通路在骨代谢中调节作用的研究进展

如何实现理想的骨再生是临床上面临的重要难题,目前仍未得到有效地解决。腺苷酸激活的蛋白激酶(AMP-activated protein kinase,AMPK)是细胞能量代谢的中心调控因子,在调节细胞和全身能量稳态中起着重要作用,并可调控成骨细胞分化和骨形成,在骨代谢调节中发挥着至关重要的作用。笔者拟就近年AMPK对骨代谢调控作用的研究进展进行综述,旨在更好地为临床修复骨缺损提供参考。