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目的:利用全骨髓细胞培养系,研究M-CSF、RANKL和1,25-(OH)2D3对体外诱导培养的破骨细胞形成及分化的影响,探讨三种细胞因子间相互作用及协同作用,为进一步研究破骨细胞及合理选用细胞因子提供依据。
方法:选用4周龄SD雄性大鼠(体重80-120g),利用全骨髓细胞培养系,进行体外破骨细胞诱导培养,观察M-CSF、RANKL和1,25-(OH)2D3对破骨细胞形成及分化的影响,同时比较三种细胞因子的作用。
1.细胞培养及细胞因子添加:
1.1 全骨髓细胞培养:取4周龄SD雄性大鼠一只(80-120g),异氟烷麻醉后,无菌条件下取其股骨和胫骨,剪掉骨垢端暴露骨髓腔,用10ml无菌注射器抽取不含胎牛血清的α-MEM培养液冲洗骨髓腔,收集全骨髓细胞,将所提取的细胞悬液充分吹打至没有细胞团块后,置于离心机内离心5分钟(1500转/分),弃去上清液,加入含15%胎牛血清的α-MEM培养液,充分吹打混匀后形成单细胞悬液,用细胞计数板计算细胞数,计算出细胞原液浓度,然后配制浓度为2×106cells/ml的细胞悬液,加入青霉素100单位/ml和链霉素100ug/ml。将细胞播种于24孔培养板(4行6列)中,每孔加入浓度为2×106cells/ml的细胞悬液0.5ml。
1.2 细胞因子的添加:24孔培养板第一列为对照组,不添加任何药物:第二列加入1,25-(OH)2D3(1×10-8Mol/ml);第三列加入1,25-(OH)2D3+RANKL(1,25-(OH)2D31×10-8Mol/ml+RANKL20ng/ml);第四列加入1,25-(OH)2D3+M-CSF(1,25-(OH)2D31×10-8Mol/ml+M-CSF20ng/ml);第五列加入1,25-(OH)2D3+M-CSF+RANKL(1,25-(OH)2D31×10-8Mol/ml+M-CSF20ng/ml+RANKL20ng/ml);第六列加入RANKL+M-CSF(RANKL20ng/ml+M-CSF20ng/ml)。
1.3 细胞培养:细胞因子添加完毕后将培养板置于37℃、5%CO2培养箱中培养,培养至第4天时更换培养液一次,共培养7天。
2.抗酒石酸酸性磷酸酶(TRAP)染色:培养至第7天后行TRAP染色,倒置光镜下观察,计算3核以上染色阳性细胞数。
3.统计学分析:使用SPSS13.0软件进行统计学分析。数据处理采用非参数检验的方差分析和S-N-K检验。
结果:
1.破骨细胞的形态学特征培养前三天各组均未见破骨细胞形成,培养第五天开始实验组可见少量破骨细胞形成,培养至第七天实验组破骨细胞已经分化成熟,而对照组始终没有破骨细胞的形成。对全骨髓细胞培养进行TRAP染色后,光镜下可见到大量成熟的破骨细胞,其形态学特征为:细胞体积较大,呈椭圆形、漏斗形、油煎蛋样、条索状或不规则形。细胞浆丰富呈紫红色,细胞核较大,数目达几个甚至多达几十个,核仁清晰,细胞浆内可见空泡结构。
2.M-CSF、RANKL和1,25-(OH)2D3对破骨细胞的形成和分化均具有促进作用,多因子比单因子和双因子在相同条件下形成的破骨细胞数目多。全骨髓培养系中,培养板第一列(对照组)没有添加细胞因子,最终没有破骨细胞的形成;第二列加入1,25-(OH)2D3形成了破骨细胞,证明1,25-(OH)2D3对破骨细胞的形成和分化具有促进作用;第三列、第四列除加入1,25-(OH)2D3外,还分别加入了RANKL和M-CSF,最终都有破骨细胞的形成,并且形成破骨细胞的数目较第二列多,与第二列相比统计学有显著性差异(P<0.05),说明RANKL和M-CSF对破骨细胞的形成和分化也具有促进作用,但第三、四列间无显著性差异(P>0.05);第五列同时加入M-CSF、RANKL和1,25-(OH)2D3后形成的破骨细胞数目最多,说明三种细胞因子对破骨细胞形成和分化具有协同促进作用,与第二、三、四、六列比较,有显著性差异(P<0.05)。第六列只加入RANKL和M-CSF后也形成了破骨细胞,但数量和第三、四列相似(见表1、直方图)。
结论:
1.M-CSF、RANKL和1,25-(OH)2D3对破骨细胞的形成和分化均具有促进作用。
2.单因子和双因子间对破骨细胞形成和分化有显著性差异。
3.三种细胞因子共存在对破骨细胞形成和分化具有协同促进作用。