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原硅酸通过BMP-2/Smad/RUNX2信号通路促进成骨细胞分化的机制研究

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摘要

英文缩略语和符号说明

前言

第一部分 BMP-2的表达上调在原硅酸促进大鼠骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化过程中的作用

材料与方法

结果

讨论

结论

附图

第二部分 原硅酸通过BMP-2/Smad 1/5/RUNX2信号通路促进成骨细胞表达COL-1和骨钙素

材料与方法

结果

讨论

结论

附图

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摘要

目的:
  1.探讨原硅酸(orthosilicic acid)是否通过上调骨形态发生蛋白2(bonemorphogenetic protein2,BMP-2)的表达来促进大鼠骨髓间充质干细胞(bonemarrow mesenchymal stem cells,BMSCs)向成骨细胞分化。
  2.明确原硅酸是否通过BMP-2/Smad1/5/RUNX2信号通路促进成骨细胞表达一型胶原(collagen type1,COL-1)和骨钙素。
  方法:
  分别向大鼠BMSCs中加入不同浓度(0、5、10、20、50μM)的原硅酸,作用48h后,Western blot法检测BMP-2的表达;向大鼠BMSCs中加入浓度为10μM的原硅酸,分别作用不同的时间(0、24、48、72 h)后,Western blot法检测BMP-2的表达;使用BMP-2拮抗剂noggin预先处理细胞2h,Western blot法检测BMP-2的表达;分别向大鼠BMSCs中加入不同浓度(0、5、10、20、50μM)的原硅酸,作用72 h后,Western blot法检测COL-1的表达;向大鼠BMSCs中加入浓度为10μM的原硅酸,分别作用不同的时间(0、48、72、96 h)后,Western blot法检测COL-1的表达;向大鼠BMSCs中加入不同浓度(0、5、10、20、50μM)的原硅酸作用7d后,以及使用noggin预先处理细胞2h后,均用微量酶标法检测细胞碱性磷酸酶(ALP)的活性;向大鼠BMSCs中分别加入不同浓度(0、10μM)的原硅酸作用21d后,细胞茜素红钙染色法检测钙结节的生成量;分别向人成骨肉瘤细胞MG-63和U2-OS细胞系中加入不同浓度(0、10、20、50μM)的原硅酸,作用72h后,Western blot法检测COL-1、骨钙素及BMP-2/Smad/RUNX2信号通路相关蛋白的表达。使用noggin预先处理细胞2h,Western blot法检测BMP-2、P-Smad1/5和RUNX2的表达;在MG-63细胞系中加入不同浓度(0、10μM)原硅酸,细胞免疫荧光法检测BMP-2、P-Smad1/5和RUNX2。微量酶标法检测不同浓度(0、10、20、50μM)原硅酸对MG-63细胞内ALP活性的影响。
  结果:
  BMSCs分别经0、5、10、20、50μM原硅酸处理48h,5μM原硅酸开始使BMP-2表达增多,浓度为10μM时,BMP-2表达水平最高,与对照组相比,差异有统计学差异(P<0.05),但随着原硅酸浓度的增加,到50μM时,原硅酸对BMP-2的表达无明显的促进作用(P>0.05);经10μM原硅酸分别处理BMSCs24 h、48 h后,与对照组相比,细胞内BMP-2的表达较对照组均增加(P<0.05),其中48 h时,BMP-2的表达水平最高。处理72 h时,BMP-2表达水平下降并接近于对照组水平(P>0.05);使用BMP-2的拮抗剂noggin(100ng/ml)预先处理BMSCs2 h后,可以显著阻断原硅酸对BMP-2表达的上调作用;BMSCs分别经0、5、10、20、50μM原硅酸处理72 h后,与对照组相比,COL-1的表达均明显增高(P<0.05),其中浓度为10μM时,COL-1的表达水平最高,浓度为50μM时,COL-1表达水平下降并接近于对照组水平(P>0.05);经10μM原硅酸分别处理BMSCs48 h、72 h、96 h后,与对照组相比,COL-1表达明显升高(P<0.05)。其中处理72 h时,COL-1的表达水平较48 h、96 h时高;在原硅酸浓度分别为10和20μM条件下,ALP的活性相对于对照组是升高的(P<0.05),其中10μM时最高。50μM条件下,相对于对照组,差异无统计学意义(P>0.05)。预先使用noggin(100 ng/ml)处理BMSCs2 h,能够显著阻断原硅酸对ALP活性的促进作用;相对于对照组,应用10μM原硅酸作用细胞21 d,能够明显增加细胞中钙结节的数量;10μM原硅酸作用于MG-63和U2-OS细胞系72h,能显著促进BMP-2、P-Smad1/5、RUNX2、COL-1和骨钙素的表达。在此条件下,ALP的活性也显著增加,并且细胞免疫荧光阳性率较对照组明显升高;Noggin能够阻断原硅酸对P-Smad1/5、RUNX2、COL-1表达的上调作用。
  结论:
  1.原硅酸能够促进大鼠骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化,并且BMP-2的表达上调可能是这一过程中的重要作用机制之一。
  2.原硅酸通过BMP-2/Smad1/5/RUNX2信号通路促进成骨细胞表达COL-1和骨钙素.

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