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《东北农业大学》 2016年
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三氯化铝诱导大鼠骨质疏松的TGF-β_1/Smad信号转导机制

刘剑郁  
【摘要】:为揭示三氯化铝(AlCl_3)诱导大鼠骨质疏松的TGF-β_1/Smad信号转导机制,本研究进行了AlCl_3诱导骨质疏松大鼠的体内实验和体外成骨细胞(OB)染铝实验的相关研究。体内实验以SD大鼠为受试对象,将100只4周龄SD大鼠随机均分成染铝组和对照组,染铝组大鼠按64 mg/kg·B.W.饮用Al Cl_3·6H2O水溶液,对照组饮用蒸馏水,每隔30d采用双能X线骨密度仪检测大鼠骨密度(BMD)和记录大鼠体重。染铝120d时大鼠脱颈致死,分别测定血清和骨中铝、钙、磷含量,骨组织氧化与抗氧化状态,血清B-ALP、TRACP-5b活性和PINP、NTX-I含量,骨组织B-ALP、TRACP-5b、TGF-β_1、TβRI、TβRII、Smad4和Smad7mRNA表达,骨组织T GF-β_1、p-Smad2/3蛋白表达和p-Smad2/3/4复合物形成及其入核情况,并对染铝大鼠骨组织的骨细胞超微结构进行观察。体外实验以新生SD大鼠颅骨成骨细胞(OB)为受试对象,向OB中分别添加终浓度为0.12mg/m L Al Cl_3·6H2O(Al Cl_3处理组,GA)、4.5ng/m L TGF-β_1(TGF-β_1处理组,GT)、0.12mg/m L AlCl_3·6H2O和4.5ng/m L T GF-β_1(Al Cl_3+TGF-β_1处理组,GA+T),空白对照组(GC)添加同体积DMEM培养基。检测OB中TGF-β_1、TβRI、TβRII、Smad4、Smad7、B-ALP和Col I m RNA表达,TGF-β_1和p-Smad2/3蛋白表达,p-Smad2/3/4复合物形成及其入核情况。大鼠体内实验结果如下:(1)染铝组和对照组大鼠股骨、胫骨和4-6腰椎BMD均随染铝时间延长而逐渐增加,染铝120d时,均显著低于对照组(P0.05),说明AlCl_3诱导大鼠骨质疏松模型建立成功。(2)电镜观察发现,骨质疏松大鼠成骨细胞数量减少,细胞膜损伤,细胞核固缩,胞质内线粒体肿胀、嵴不完整、基质溶解呈空泡状,粗面内质网减少、池扩张、断裂、呈空泡化。说明AlCl_3可损伤骨组织中成骨细胞的超微结构,并抑制骨基质的形成。(3)骨质疏松大鼠骨组织中谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)和超氧化物歧化酶(SOD)活性均极显著低于对照组(P0.01),丙二醛(MDA)含量极显著高于对照组(P0.01),说明AlCl_3可诱导大鼠骨组织产生氧化应激,造成骨组织氧化损伤。(4)骨质疏松大鼠血清和骨组织中铝含量均显著高于对照组(P0.01);血清和骨组织中钙、磷含量均显著低于对照组(P0.01、P0.05),说明铝可蓄积于骨组织,导致骨组织中钙、磷代谢紊乱。(5)骨质疏松大鼠血清中骨形成标志物B-ALP活性、PINP含量和骨组织中B-ALP m RNA表达量均极显著低于对照组(P0.01);血清中骨吸收标志物TRACP-5b活性和骨组织中TRACP-5b m RNA表达量均显著高于对照组(P0.05),血清中NT X-I含量极显著高于对照组(P0.01);说明AlCl_3可抑制骨形成、增强骨吸收,致使骨转换失衡。(6)骨质疏松大鼠骨组织中TGF-β_1、TβRI、TβRII和Smad4 m RNA表达量均显著低于对照组(P0.05、P0.01),TGF-β_1、p-Smad2/3和p-Smad2/3/4蛋白表达量均显著低于对照组(P0.05),Smad7 mRNA表达量显著高于对照组(P0.05),说明Al Cl_3抑制骨组织中TGF-β_1/Smad信号通路的转导作用。体内实验结果表明,AlCl_3导致骨损伤的同时,TGF-β_1/Smad信号通路转导异常。体外实验结果如下:GA中TGF-β_1、TβRI、TβRII、Smad4、ALP、Col Im RNA表达量和TGF-β_1、p-Smad2/3、p-Smad2/3/4蛋白表达量均显著低于GC(P0.01),Smad7 m RNA表达量显著高于GC(P0.01);GA+T中TGF-β_1、TβRI、TβRII、Smad4、ALP、Col ImRNA表达量和TGF-β_1、p-Smad2/3、p-Smad2/3/4蛋白表达量均显著高于GA(P0.01),Smad7 m RNA表达量显著高于GA(P0.01)。说明AlCl_3可抑制OB中TGF-β_1/Smad信号通路的转导作用,进而抑制OB活性和功能;外源TGF-β_1可逆转Al Cl_3对该信号通路和OB的抑制作用。说明Al Cl_3通过抑制TGF-β_1/Smad信号通路的转导而抑制OB的成骨作用。大鼠体内实验和体外OB实验结果说明,AlCl_3通过抑制TGF-β_1/Smad信号通路的转导而诱发骨质疏松。
【学位授予单位】:东北农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:R114

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