ATRA調(diào)控BMP9誘導(dǎo)3T3-L1前脂肪細(xì)胞成骨和成脂分化的作用及機(jī)制研究.pdf

1、骨質(zhì)疏松癥在骨量減少的同時(shí)往往還伴有骨髓內(nèi)脂肪組織的異常增多，表明骨髓內(nèi)過(guò)多的脂肪組織與骨形成減少有著密切的關(guān)系。骨髓中成骨細(xì)胞和脂肪細(xì)胞均來(lái)源于骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(Mesenchymelstem cells，MSCs)。正常情況下，MSCs的成骨分化和成脂分化受到多種細(xì)胞因子和激素的調(diào)控，表現(xiàn)為一種相互關(guān)聯(lián)和制約的平衡狀態(tài)。而在骨質(zhì)疏松癥發(fā)生時(shí)，MSCs的成骨分化和成脂分化出現(xiàn)失衡，并以一種犧牲成骨細(xì)胞數(shù)量為代價(jià)的方式產(chǎn)生過(guò)多的脂肪細(xì)胞

2、，最終導(dǎo)致骨量減少。因此，各種原因引起的MSCs成骨和成脂分化失衡是導(dǎo)致骨質(zhì)疏松發(fā)生的一個(gè)重要原因。
　　MSCs分化為成熟脂肪細(xì)胞的過(guò)程包括兩個(gè)階段，首先MSCs向脂肪細(xì)胞譜系定型為前脂肪細(xì)胞，隨后前脂肪細(xì)胞再在一系列細(xì)胞因子的作用下進(jìn)一步分化為成熟的脂肪細(xì)胞。因此，如果以MSCs成脂分化過(guò)程中產(chǎn)生的前脂肪細(xì)胞作為干預(yù)對(duì)象，并用細(xì)胞因子誘導(dǎo)該細(xì)胞向成骨細(xì)胞轉(zhuǎn)分化，那么不僅能夠減少骨髓內(nèi)脂肪組織含量，同時(shí)還能增加成骨細(xì)胞數(shù)量，進(jìn)而

3、促進(jìn)骨形成，有望為骨質(zhì)疏松癥的治療開(kāi)創(chuàng)一種新的方式。那么，尋找一種能發(fā)揮該作用的細(xì)胞因子成為了目前研究的關(guān)鍵和熱點(diǎn)問(wèn)題。
　　研究發(fā)現(xiàn)，骨形態(tài)發(fā)生蛋白(Bone morphogenetic proteins，BMPs)在誘導(dǎo)前脂肪細(xì)胞成骨分化中發(fā)揮著重要的作用。BMPs屬于轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子超家族成員，目前已經(jīng)鑒定了超過(guò)20種BMP亞型。通過(guò)對(duì)14種BMPs進(jìn)行系統(tǒng)性分析，發(fā)現(xiàn)BMP9也具有成骨誘導(dǎo)活性，并且其作用強(qiáng)于BMP2和BMP7

4、等傳統(tǒng)的成骨性BMP。然而，BMP9是否同樣能誘導(dǎo)已經(jīng)向脂肪細(xì)胞譜系定型前脂肪細(xì)胞成骨分化目前尚無(wú)報(bào)道。
　　因此，本文研究了BMP9是否能夠誘導(dǎo)3T3-L1前脂肪細(xì)胞成骨分化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，BMP9能夠增加3T3-L1前脂肪細(xì)胞中早期成骨分化指標(biāo)堿性磷酸酶(Alkaline phosphatase，ALP)的活性。此外，BMP9還能促進(jìn)晚期成骨指標(biāo)(Osteocalcin，OCN)和骨橋素(Osteopotin，OPN)在前脂肪細(xì)胞

5、中的表達(dá)，并促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)礦化。但是，我們也發(fā)現(xiàn)BMP9同時(shí)也明顯促進(jìn)了前脂肪細(xì)胞中脂質(zhì)的積聚。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果也顯示，BMP9能夠誘導(dǎo)3T3-L1前脂肪細(xì)胞在體內(nèi)異位成骨，但成骨包塊中也有伴有大量脂肪細(xì)胞存在。以上結(jié)果表明，BMP9不僅能夠誘導(dǎo)前脂肪細(xì)胞成骨分化，也能促進(jìn)其成脂分化。
　　盡管在BMP家族中BMP9是誘導(dǎo)成骨活性最強(qiáng)的成員，但是其他細(xì)胞因子能夠進(jìn)一步增強(qiáng)BMP9的成骨誘導(dǎo)作用。因此，為了進(jìn)一步增強(qiáng)BMP9誘導(dǎo)3T3-

6、L1前脂肪細(xì)胞成骨分化的作用并抑制BMP9促進(jìn)3T3-L1前脂肪細(xì)胞成脂分化，可能需要選用其他細(xì)胞因子對(duì)BMP9在前脂肪細(xì)胞中的生物學(xué)作用進(jìn)行調(diào)控。
　　維甲酸(Retinoic acid，RA)是維生素A的衍生物。研究表明RA能夠促進(jìn)BMP介導(dǎo)的骨形成并抑制BMP誘導(dǎo)的成脂分化。因此我們選取了RA在體內(nèi)的主要存在形式—全反式維甲酸(All-tans RA，ATRA)，與BMP9共同作用于3T3-L1前脂肪細(xì)胞。通過(guò)體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)，研

7、究了ATRA對(duì)BMP9介導(dǎo)的3T3-L1前脂肪細(xì)胞成骨或成脂分化的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，ATRA不僅能夠增強(qiáng)BMP9誘導(dǎo)前脂肪細(xì)胞成骨分化的作用，還能抑制BMP9誘導(dǎo)前脂肪細(xì)胞成脂分化。
　　在對(duì)ATRA調(diào)控BMP9誘導(dǎo)前脂肪細(xì)胞成骨和成脂分化的機(jī)制研究中，我們發(fā)現(xiàn)ATRA能夠上調(diào)BMP9的表達(dá)，增強(qiáng)BMP9介導(dǎo)的Smad信號(hào)活性，并能進(jìn)一步上調(diào)BMP9激活的成骨相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)和抑制BMP9誘導(dǎo)的成脂相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)。此外，我們還

8、發(fā)現(xiàn)ATRA和BMP9均能激活經(jīng)典Wnt/β-catenin信號(hào)，并且二者具有協(xié)同作用。利用RNA干擾（RNA interfere，RNAi）技術(shù)抑制Wnt/β-catenin信號(hào)能夠減弱ATRA促進(jìn)BMP9誘導(dǎo)前脂肪細(xì)胞成骨分化和抑制BMP9誘導(dǎo)前脂肪細(xì)胞成脂分化的作用。相反，激活Wnt/β-catenin信號(hào)則能促進(jìn)BMP9誘導(dǎo)前脂肪細(xì)胞成骨分化并抑制BMP9誘導(dǎo)的成脂分化。此外，研究還發(fā)現(xiàn)BMP9能調(diào)控一系列Wnt配體和受體在3T