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锶盐对模拟失重大鼠骨组织中细胞凋亡的防治效应

简炼  
【摘要】:研究背景 骨质疏松是一种常见的代谢性骨病,以单位体积内骨量减少,骨的微观结构退化(骨小梁变细、断裂、数量减少;皮质骨多孔、变薄)为特征的,致使骨强度下降、脆性增加以及易于发生骨折的一种全身性疾病。骨质疏松分为原发性骨质疏松与继发性骨质疏松。失重性骨质疏松属于继发性骨质疏松的一种,它是以力学因素为主所致的骨质疏松。失重是物体只表现为质量而不表现为重量的特殊力学环境。失重导致骨骼系统病理生理改变的相关研究表明,长期载人航天飞行中,航天员长时间生活在太空中,会因失重导致航天员废用性骨质疏松。失重导致的废用性骨质疏松主要表现为骨量丢失、骨矿盐含量下降、骨密度降低、骨生物力学性能下降,粪钙和尿钙排出量增加,血钙升高,出现负钙平衡。航天医学研究证明,在失重飞行引起的所有生理系统变化中,失重对骨代谢的影响是对人体最严重地危害之一。航天医学界非常重视失重条件下骨代谢的研究,虽然进行了大量的研究工作,但骨丢失的机理仍未阐明,虽已采取了各种防护措施,仍不能有效地防止失重环境下负重骨的丢失。人体的骨组织由骨祖细胞、骨细胞、成骨细胞、破骨细胞等构成。成骨细胞、骨细胞是骨组织中最重要的力学感受细胞,目前大量研究已证实,失重和模拟失重导致的骨质丢失是一个以骨形成抑制起主导作用的过程,以成骨细胞数量下降、骨矿形成障碍和骨成熟延迟为特征。由于微重力下成骨细胞、骨细胞等缺乏必要的机械力刺激,使其增殖和分化功能下降,导致成熟成骨细胞、骨细胞数量下降,骨形成减少,这是造成空间骨丢失的主要原因。目前关于失重性骨丢失的研究焦点和热点主要是成骨细胞、骨细胞对微重力的响应、信号传导、基因表达和功能变化等。由于国际空间站的建立、火星探测计划的实施,人类在太空中停留的时间将进一步延长,如没有有效的防护措施,骨的持续大量丢失,有可能导致高钙血症、引起肾结石、软组织钙化、病理性骨折等病理变化。因此,预防失重状态下骨丢失的研究已成为国内外航天医学领域的重点和热点。目前在失重状态下采用的各种对抗措施未能起到理想的预防效果。 目前用于骨质疏松防治的药物大致分为三类:第一类是骨吸收抑制剂,主要有雌激素、降钙素、二磷酸盐等;第二类为骨形成促进剂,包括氟化物、活性维生素D、甲状旁腺激素、生长激素等;第三类既是骨吸收抑制剂同时是骨形成促进剂,如锶盐。对于航天飞行中出现的废用性骨质疏松,常采用的对抗方法有体育锻炼、采用人工重力、改变体液分布等,以及服用药物如磷酸盐、降钙素等,这些药物虽然取得一定疗效,但作用机制均为单一因素。雷奈酸锶(strontium ranelate)商品名为Protelos,是法国制药公司施维雅(Servier)研制开发的具有重要意义的新一代抗骨质疏松药,其对降低骨质疏松引起的骨折风险、增强骨强度和骨密度都有肯定的疗效。该药已于2004年底经欧盟药物评审委员会(EMEA)审批通过并获准上市。雷奈酸锶是由微量元素锶和大分子有机酸雷奈酸(ranelic acid)形成的大分子络合物。其中锶是骨骼的重要的组成部分,它能促进骨骼的发育和类骨质的形成,并有调节钙代谢的作用。在许多治疗骨质疏松的药物中,雷奈酸锶是唯一一种既能刺激成骨细胞形成,又能抑制破骨细胞吸收功能的治疗骨质疏松的药物。目前关于雷奈酸锶对绝经后骨质疏松症、老年性骨质疏松症的研究比较多,且已经得到肯定结果。但对于本药对失重性骨质疏松的作用相关研究比较少。本研究通过采用尾部悬吊后肢去负荷的大鼠模型模拟失重,观察锶盐对失重状态下大鼠骨组织中的成骨细胞、骨细胞及骨髓间充质细胞凋亡防治效应。 研究目的:建立大鼠尾吊模拟失重模型,观察锶盐对失重状态下骨组织中细胞凋亡的防治效应。 研究方法: 1、模型制备:24只5周龄雄性SD大鼠适应性喂养1周后,随机分为正常对照组、模型组、悬吊前3d始锶盐(600mg/Kg/day)灌胃组及悬吊时始锶盐(600mg/Kg/day)灌胃组;模型组、悬吊前3d始锶盐灌胃组及悬吊时始锶盐灌胃组大鼠用透气胶带粘贴于尾部近2/3部两侧,透气胶布远端悬挂于自由滑动的塑料环,使大鼠呈头低位,身体与地面呈30°,后肢自由悬空不负重;对照不予处理,于相同笼具等量饮食饲养。 2、对模型大鼠反应的观察:观察尾吊期间大鼠活动、饮食、体重变化、皮毛尾部色泽;造模成功后取血清行骨代谢生化指标测量,取右侧胫骨近端制备石蜡切片。 3、骨代谢生化指标测量:利用美国杜邦(Dimension AR)全自动生化分析仪分别测血清钙(偶氮胂Ⅲ法)、磷(磷钼酸比色法)、碱性磷酸酶(硝基苯磷酸二钠比色法)。根据抗原与抗体竞争性结合的原理,严格按使用说明操作,用放免法在SN-697型放射免疫分析仪上测骨钙素。 4、骨组织原位细胞凋亡检测:取右侧胫骨近端制备石蜡切片,原位细胞凋亡检测技术检测骨组织中细胞凋亡。TUNEL (TdT-mediated dUTP nick end labeling)技术原理是生物素标记的dUTP在脱氧核糖核苷酸末端转移酶(TdTEnzyme)的作用下,可以连接到凋亡细胞或凋亡小体中由核酸内切酶切断的DNA短链的3’末端缺口,并与连接过氧化酶(HRP)或碱性磷酸酶(AP)的链霉亲和素特异性结合,后者可催化底物显色,特异准确地定位正在凋亡的细胞,因而在光学显微镜下即可观察凋亡细胞。 5、骨组织Fas蛋白含量测定:取右侧胫骨近端制备石蜡切片,免疫组织化学方法检测骨组织中Fas蛋白含量。免疫组化是应用免疫学基本原理-抗原抗体反应,即抗原与抗体特异性结合的原理,通过化学反应使标记抗体的显色剂(酶、金属离子、荧光素、同位素)显色来确定组织细胞内抗原(多肽和蛋白质),对其进行定位、定性及定量的研究。 统计方法: 所有数据采用x±s表示,用SPSS13.0统计软件进行统计分析,采用组间两独立样本t检验及方差分析(One-way ANOVA)进行统计分析,LSD多重检验,当方差不齐时选用Dunnett's T3、Dunnett'sC多重检验,P0.05为差异具有统计学意义。 研究结果: 1、大鼠尾吊情况:尾吊期间大鼠活动、进食无受限,无反转咬尾、尾部缺血坏死现象,动物成活,两组大鼠体质量基本保持稳定增长(P0.05); 2、骨代谢生化指标测量:模型组大鼠血清中碱性磷酸酶、骨钙素含量均显著低于相应对照组(P0.05),但血Ca,P浓度均较相应对照组升高(P0.05),悬吊前3d始及悬吊时始锶盐灌胃组ALP,BGP含量均显著高于模型组(P0.05),而血Ca、P含量均显著低于模型组(P0.05); 3、骨组织原位细胞凋亡检测:正常大鼠胫骨干骺端小梁骨区域(成骨区)骨小梁排列规整,呈深棕色细胞核数量少,而失重大鼠胫骨干骺端小梁骨区域(成骨区)骨小梁变细,数量减少,排列紊乱,小梁间隙增宽,可见大量成骨细胞、骨细胞及骨髓间充质细胞核呈深棕色。模型组骨组织中成骨细胞、骨细胞及骨髓间充质细胞凋亡指数高于对照组(P0.01),而悬吊前3d始及悬吊时始锶盐灌胃组骨组织中成骨细胞、骨细胞及骨髓间充质细胞凋亡指数显著低于模型组(P0.05): 4、骨组织Fas蛋白含量测定:大鼠骨组织Fas染色阳性细胞范围广泛,包括成骨细胞、骨细胞以及骨髓间充质细胞,正常大鼠胫骨干骺端小梁骨区域(成骨区)骨小梁排列规整,仅有少量成骨细胞、骨细胞及骨髓间充质细胞胞膜或胞浆呈棕黄色,染色浅。模型组骨组织中Fas抗原含量高于对照组(P0.01),而悬吊前3d始及悬吊时始锶盐灌胃组骨组织中Fas抗原含量显著低于模型组(P0.05)。 研究结论: 1、本实验所建立尾吊模拟微重力环境大鼠模型,成功模拟了体液头向转移和负重骨脱负荷两个失重对机体作用的主要生理效应,大鼠应激反应小,为地面模拟微重力环境的研究提供了较好的动物模型; 2、模拟失重环境影响骨代谢生化指标:血钙升高,出现负钙平衡。 3、模拟失重环境促进骨组织中成骨细胞、骨细胞及骨髓间充质干细胞的细胞凋亡。 4、模拟失重环境增加骨组织中Fas蛋白的表达。 5、雷奈酸锶能够提高模拟失重大鼠骨钙素和ALP含量,提高成骨细胞活性,改善失重状态下负钙平衡。 6、悬吊前3d始锶盐灌胃组及悬吊时始锶盐灌胃组大鼠骨组织细胞Fas的表达及细胞凋亡指数显著下降,且悬吊前3d始锶盐灌胃组明显优于悬吊时始锶盐灌胃组,说明早期锶盐干预治疗能抑制Fas的表达,降低失重状态下成骨细胞及骨细胞凋亡率,从而促进骨形成。


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