Sufu基因敲除对破骨细胞分化及钛颗粒诱导骨溶解的作用和机制研究

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第一部分 Sufu基因条件性敲除小鼠的构建及验证[目的]构建LysM-Cre+/+;Sufufx/fx小鼠,验证该Cre在髓系细胞中敲除Sufu基因的效率,并探讨敲除Sufu基因对Hedgehog(Hh)通路的影响。[方法]我们将由Lysozyme启动子控制表达Cre重组酶的雄性LysM-Cre+/+,Sufufx/+小鼠与雌性LysM-Cre+/+;Sufufx/+小鼠交配获得髓系细胞特异性的Sufu条件性敲除小鼠(LysM-Cre+/+;Sufufx/fx);通过PCR鉴定小鼠的基因型;通过RT-PCR检测Sufu条件性敲除鼠和对照鼠脾脏中Sufu基因的表达水平;从上述小鼠骨髓中分离原代单核巨噬细胞(bone marrow-derived macrophages,BMMs),通过 RT-PCR检测Sufu及Hh通路靶基因的mRNA水平。[结果](1)将Sufufx/fx小鼠和LysM-Cre+/+小鼠之间进行交配,获得LysM-Cre+/+.;Sufufx/+小鼠;再将雄性LysM-Cre+/+;Sufufx/+小鼠与雌性LysM-Cre+/+;Sufufx/+小鼠进行交配,获得LysM-Cre+/+;Sufufx/fx小鼠;(2)在脾脏中Sufu基因的mRNA的表达在SufuCKO组和Ctrl组中的值分别为(0.19±0.10)和(1.00±0.35),两者相比较差异有统计学意义(P<0.01);(3)在BMMs中Sufu基因的mRNA的表达在SufuCKO组和Ctrl组中的值分别为(0.18±0.01)和(1.00±0.02),两者相比较差异有统计学意义(P<0.01);(4)在BMMs中Gli1基因的mRNA的表达在SufuCKO组和Ctrl组中的值分别为(8.40±1.51)和(1.00±0.49),两者相比较差异有统计学意义(P<0.01);(5)在BMMs中Ptch1基因的mRNA的表达在SufuCKO组和Ctrl组中的值分别为(1.75±0.20)和(1.00±0.03),两者相比较差异有统计学意义(P<0.01)。[结论]Sufu作为Hh信号通路负向调控基因,起着抑制Hh信号通路的作用。当条件性敲除Sufu基因后,脾脏和BMMs中Sufu的表达明显降低,Hh信号通路激活,该信号通路中靶基因Gli1和Ptch1的表达增强。第二部分 在体外BMMs中条件性敲除Sufu基因抑制破骨细胞的形成及机制研究[目的]探讨在体外BMMs中条件性敲除Sufu基因对破骨细胞形成的抑制作用及其相关的机制研究。[方法]通过将LysM-Cre+/+;Sufufx/fx小鼠(SufuCKO组)和对照小鼠(Ctrl组)的BMMs在体外进行诱导培养,使用TRAP染色、鬼笔环肽染色和DAPI染色来检测破骨细胞的形成情况,使用RT-PCR检测破骨细胞相关基因的表达,使用Western-Blot方法对RANKL诱导小鼠BMMs细胞向破骨细胞分化过程中特异性的核蛋白NFATcl和C-fos进行检测。[结果]TRAP染色显示在体外BMMs中条件性敲除Sufu基因抑制了破骨细胞的形成,小鼠原代BMMs经RANKL诱导分化为破骨细胞的数目值在Ctrl组和SufuCKO组分别为(259.00±21.74)个和(72.33±9.98)个,相比较差异有统计学意义(P<0.01);诱导分化为破骨细胞所占的面积百分比值在Ctrl组和SufuCKO分别为(0.64±0.09)%和(0.12±0.06)%,相比较差异有统计学意义(P<0.01)。鬼笔环肽染色和DAPI染色显示在体外BMMs中条件性敲除Sufu抑制了破骨细胞膜和核的形成,小鼠原代BMMs经过完整培养基的诱导分化为破骨细胞的数目值在SufuCKO组和Ctrl组分别为(54.00±3.74)个和(183.67±7.41)个,相比较差异有统计学意义(P<0.01);诱导分化为破骨细胞所占的面积百分比值在SufuCKO组和Ctrl组分别为(0.12±0.02)%和(0.71±0.05)%,相比较差异有统计学意义(P<0.01)。在体外BMMs中条件性敲除Sufu抑制破骨细胞发育相关基因mRNA的表达,RT-PCR显示破骨细胞内的NFATc1 mRNA表达情况在SufuCKO组和Ctrl组分别为(0.29±0.02)和(1.00±0.05),两者相比较差异有统计学意义(P<0.01);C-fos mRNA表达情况在SufuCKO组和Ctrl组分别为(0.23±0.02)和(1.00±0.06),两者相比较差异有统计学意义(P<0.01);Oscar mRNA表达情况在SufuCKO组和Ctrl组分别为(0.22±0.01)和(1.00±0.03),两者相比较差异有统计学意义(P<0.01);Acp5 mRNA表达情况在SufuCKO组和Ctrl组分别为(0.25±0.02)和(1.00±0.04),两者相比较差异有统计学意义(P<0.01);Ctsk mRNA表达情况在SufuCKO组和Ctrl组分别为(0.27±0.01)和(1.00±0.08),两者相比较差异有统计学意义(P<0.01);Dcstamp mRNA表达情况在SufuCKO组和Ctrl组分别为(0.21±0.02)和(1.00±0.04),两者相比较差异有统计学意义(P<0.01);Atp6v0a3 mRNA表达情况在SufuCKO组和Ctrl组分别为(0.26±0.02)和(1.00±0.02),两者相比较差异有统计学意义(P<0.01);Atp6v0d2 mRNA表达情况在SufuCKO组和Ctrl组分别为(0.28±0.02)和(1.00±0.05),两者相比较差异有统计学意义(P<0.01)。条件性敲除Sufu抑制了体外破骨细胞特异性NFATc1和C-fos蛋白的表达。在诱导第1天后,Ctrl组和SufuCKO组C-fos蛋白的值分别为(1.88±0.07)和(1.38±0.12),两者相比较差异有统计学意义(P<0.01);Ctrl组和SufuCKO组NFATc1蛋白的值分别为(2.90±0.35)和(1.99±0.10),两者相比较差异有统计学意义(P<0.05)。在诱导第3天后,Ctrl组和SufuCKO组C-fos蛋白的值分别为(2.38±0.26)和(1.52±0.17),两者相比较差异有统计学意义(P<0.05);Ctrl组和SufuCKO组NFATc1蛋白的值分别为(3.74±0.42)和(2.56±0.34),两者相比较差异有统计学意义(P<0.05)。[结论]在体外M-CSF和RANKL能够诱导破骨细胞形成及其相关基因表达、特异性蛋白的形成;在体外BMMs中条件性敲除Sufu基因抑制了 M-CSF和RANKL所诱导的破骨细胞的形成及其相关基因表达、特异性蛋白的形成。第三部分 在体内BMMs中敲除Sufu基因抑制了钛颗粒诱导的颅骨骨溶解[目的]构建小鼠颅骨骨溶解模型,探讨在体内BMMs中条件性敲除Sufu基因对磨损钛颗粒所诱导的骨溶解发生是否具有抑制作用。[方法]通过Micro-CT及三维重建观察小鼠颅骨溶解缺损状况,使用软件分析各组中颅骨BV/TV和ROI内的孔隙数目和空隙面积值。对骨组织切片进行HE染色,观察小鼠颅骨骨组织孔洞形成情况,使用Image Pro-Plus 6.0软件分析各组中小鼠颅骨孔洞形成的侵蚀面积值。通过TRAP染色观察颅骨中破骨细胞的形成情况,使用Image Pro-Plus 6.0分析各组中破骨细胞数目值。[结果]Micro-CT重建的图像显示,在Ctrl组中我们清楚地观察到在颅骨的矢状线处出现了钛颗粒诱导形成的骨丢失现象;在Sham组中,BV/TV和ROI内的孔隙数目和空隙面积分别为[(79.15±1.28)%、(20.67±3.40)个、(3.68±0.58)%];而Ctrl组中BV/TV、ROI内的孔隙数目和空隙面积分别为[(31.30±3.61)%、(94.33±6.55)个、(36.10±3.18)%],与Sham组相比,差异均有统计学意义(P<0.01)。SufuCKO组小鼠颅盖骨中BV/TV和ROI内的孔隙数目和空隙面积分别为[(70.91±1.77)%、(36.33±3.68)个、(10.29±0.93)%],与 Ctrl 组相比,差异均有统计学意义(P<0.01)。HE染色显示Ctrl组中小鼠颅骨表面可见明显较多的骨侵蚀孔洞形成,孔洞形态、大小不一;与Ctrl组相比,Sham组小鼠和SufuCKO组小鼠颅骨表面可见骨侵蚀孔洞形成明显减少,孔洞的数量减少及形态较小;小鼠颅骨孔洞形成的侵蚀面积值在Sham组和Ctrl组分别为(0.90±0.27)%和(43.48±4.93)%,差异有统计学意义(P<0.01);颅骨孔洞形成的侵蚀面积值在SufuCKO和Ctrl组分别为(4.81±1.28)%和(43.48±4.93)%,差异有统计学意义(P<0.01)。TRAP 染色可见,Ctrl组中骨侵蚀区域出现了较多的TRAP阳性细胞,细胞的大小不一,形态不规则,此即为破骨细胞;SufuCKO组中TRAP阳性细胞数量较Ctrl组减少,细胞的形态也较Ctrl组的小;Ctrl组和Sham组中破骨细胞数目值分别为(44.17±4.37)和(4.00±1.41),差异有统计学意义(P<0.01);Ctrl组和SufuCKO组中破骨细胞数目值分别为(44.17±4.37)个和(9.50±1.98)个,差异有统计学意义(P<0.01)。[结论]在体内BMMs中条件性敲除Sufu基因可降低钛颗粒所诱导的孔洞的形成及骨溶解发生,起到了预防骨侵蚀的作用;小鼠颅骨骨溶解模型之中,在体内BMMs中条件性敲除Sufu基因能够抑制破骨细胞的形成,达到抑制钛颗粒诱导的颅骨骨溶解作用。
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