利用基因剔除小鼠模型研究脂联素在骨代谢中的作用

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脂联素(Adiponecitn)作为一种新发现的脂肪细胞分泌因子,具有多种重要的生物学功能。它参与糖、脂代谢,具有改善胰岛素抵抗、抗炎、抗动脉粥样硬化、降低血糖、血脂等作用,与胰岛素抵抗、2型糖尿病、代谢综合征、动脉粥样硬化等疾病的发生密切相关。 近期研究发现脂联素与骨代谢也有着密切的联系。脂联素及其受体在成骨细胞和破骨细胞均有表达。不同部位产生的脂联素影响骨形成的途径不同,局部产生的脂联素可能通过自分泌或旁分泌途径促进骨形成,而循环中脂联素既可直接抑制骨形成,亦可通过促进胰岛素信号转导间接促进骨形成。可能是由于这三条途径之间存在的相互平衡作用,致使该基因剔除小鼠和转基因小鼠在基础喂养状态下均不出现骨生成发育障碍的现象。 为进一步阐明脂联素在骨代谢调控中的作用,本研究利用课题组建立的脂联素基因剔除小鼠(APN-/-)模型,通过卵巢切除(OVX)的方式,诱导小鼠产生骨质疏松的表型,进而在整体动物水平研究脂联素和骨代谢之间的关系。实验小鼠按基因型和手术方式分四组进行研究,分别是:WT.S.O.组(假手术野生组,n=5)、WT.OVX组(手术野生组,n=6)、KO.S.O.组(假手术基因剔除组,n=6)和KO.OVX组(手术基因剔除组,n=7)。研究结果显示,野生型小鼠经过卵巢切除手术后,确实产生了骨质疏松的表型,股骨和腰椎的BMD均有显著下降。卵巢未切除时,KO小鼠股骨和腰椎BMD比WT小鼠稍有下降,差距并不显著,而卵巢切除之后,KO小鼠的腰椎BMD比WT小鼠显著上升(P<0.01),股骨BMD则无显著差异,提示在卵巢切除状态下,脂联素对小鼠腰椎的骨生成有显著的抑制作用,而脂联素基因剔除后,反而对小鼠腰椎的骨量丢失起到一定的保护作用。骨生物力学检验结果及腰椎成骨细胞AKP活性检测结果显示,在卵巢切除状态下,脂联素的缺失引起腰椎骨结构力学各项指标上升,腰椎成骨细胞活性增强,更进一步证实了脂联素的缺失对腰椎的保护作用。 本研究的意义在于雌性小鼠卵巢切除的状态模拟了妇女绝经后的体内环境,由于小鼠在卵巢切除时,脂联素对腰椎的骨生成有显著的抑制作用,因此,降低脂联素的分泌,破坏脂联素的作用途径将来很有可能成为治疗绝经后妇女骨质疏松症的新靶点。 本课题同时在细胞水平对脂联素和骨生成之间的关系进行了研究,采用全骨髓贴壁法培养小鼠骨髓间充质干细胞(MSCs),再用药物诱导其向成骨细胞分化,进而比较KO小鼠的MSCs与野生型小鼠的MSCs之间的增殖、分化和矿化能力。研究结果显示,来自KO小鼠的MSCs的克隆形成能力显著比WT小鼠的MSCs克隆形成能力强,且细胞蛋白裂解液经过定量后测其AKP活性结果也显示,其细胞活性要比WT小鼠的MSCs显著增强。小鼠MSCs经过药物诱导定向向成骨细胞分化后,对其钙结节形成能力进行了检验。用茜素红S染液对钙结节进行染色,同样证明,KO小鼠的MSCs经药物诱导后其钙结节形成能力增强。本研究得出的结论是由于脂联素的缺失,促使小鼠骨髓间充质干细胞的增殖能力增强,诱导分化为成骨细胞后,其成骨细胞活性升高。因此,体外实验亦证明脂联素对成骨细胞具一定抑制作用,而其缺失反而增强了成骨细胞的活性,与体内实验结果完全吻合。 深入研究脂联素和骨代谢之间的作用和调节机制,有助于进一步认清肥胖与骨代谢之间的关系,为防治骨质疏松与动脉硬化提供新的理论依据。
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