EDIL3在维持软骨细胞外基质和抑制骨关节炎发展中的作用

The role of EDIL3 in maintaining cartilage extracellular matrix and inhibiting osteoarthritis development.

作者信息Mei-Feng Chen, Chih-Chien Hu, Yung-Heng Hsu, Yu-Chih Lin, Kai-Lin Chen, Steve W N Ueng, Yuhan Chang
PMID38081212
发布时间2023-12-12
DOI10.1302/2046-3758.1212.BJR-2023-0087.R1

实验完整度

包含人软骨栓离体实验、STR/ort小鼠体内实验、原代软骨细胞体外实验及siRNA敲低和磷酸激酶阵列分析,涵盖功能验证与机制验证。

主要模型

人骨关节炎软骨栓(离体培养) STR/ort自发性骨关节炎小鼠(体内模型) 原代人软骨细胞 C20A4人软骨细胞系

重点核对

离体人软骨栓模型中,重组EDIL3蛋白处理浓度2 μg/ml,处理时间6天 体内STR/ort小鼠模型中,EDIL3蛋白(2 μg/只)和EDIL3抗体(1 μg/只)每周尾静脉注射,持续6周 CD98蛋白(2 μg/只)作为β1和β3整合素激动剂,在体内验证SOX9表达 体外软骨细胞实验中,IL-1β(5 ng/ml)和EDIL3蛋白(2 μg/ml)处理24小时

摘要

目的:需要能够防止软骨细胞丢失、细胞外基质(ECM)降解和骨关节炎(OA)进展的治疗药物。表皮生长因子(EGF)样重复序列和含discoidin I样结构域蛋白3(EDIL3)在受损人软骨中的表达水平显著高于未受损软骨。然而,EDIL3对软骨的影响仍不清楚。方法:我们使用人软骨栓(离体)和自发性OA小鼠(体内)来探讨EDIL3是否通过改变OA相关指标发挥软骨保护作用。结果:EDIL3蛋白在人体软骨栓中阻止软骨细胞聚集,并维持软骨细胞数量和SOX9表达。给予EDIL3蛋白通过维持透明软骨中软骨细胞的数量和产生基质的软骨细胞(MPCs)的数量,阻止了STR/ort小鼠的OA进展。它减少了聚集蛋白聚糖的降解、基质金属蛋白酶(MMP)-13的表达、国际骨关节炎研究学会(OARSI)评分和骨重塑。它增加了软骨下骨板的孔隙率。给予EDIL3抗体增加了软骨中不产生基质的软骨细胞(MNCs)的数量,并加剧了OA相关促炎细胞因子的血清浓度,包括单核细胞趋化蛋白-3(MCP-3)、RANTES、白细胞介素(IL)-17A、IL-22和GROα。给予β1和β3整合素激动剂(CD98蛋白)增加了OA小鼠中SOX9的表达。因此,EDIL3可能激活β1和β3整合素发挥软骨保护作用。EDIL3还可能通过减弱软骨细胞中IL-1β增强的磷酸激酶蛋白的表达来保护软骨,特别是糖原合酶激酶3α/β(GSK-3α/β)和磷脂酶Cγ1(PLC-γ1)。结论:EDIL3在维持软骨ECM和抑制OA发展中具有作用,使其成为OA的潜在治疗药物。引用本文:Bone Joint Res 2023;12(12):734–746。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
EDIL3在软骨维持和骨关节炎发展中的作用及其机制
核心机制
EDIL3可能通过激活β1和β3整合素,并减弱IL-1β增强的GSK-3α/β和PLC-γ1等磷酸激酶蛋白的表达,来维持SOX9表达、保护软骨细胞并抑制OA进展。
主要证据
人软骨栓离体实验显示EDIL3蛋白防止软骨细胞聚集、细胞丢失并维持SOX9表达;STR/ort小鼠体内实验显示EDIL3蛋白降低OARSI评分、减少MMP-13和聚集蛋白聚糖片段,并增加软骨下骨孔隙率;体外实验显示EDIL3敲低降低细胞活力、增加TUNEL信号,且EDIL3逆转IL-1β降低的SOX9和COL2A1表达。
研究意义
EDIL3作为OA的潜在治疗药物,为OA治疗提供新的策略。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

人软骨样本中EDIL3表达分析

比较OA软骨与正常软骨中EDIL3的表达水平

收集OA患者软骨组织,固定、脱钙、包埋后切片,进行Safranin O染色和免疫荧光染色,检测EDIL3表达。

2

离体人软骨栓外植体培养及EDIL3处理

评估EDIL3蛋白对软骨细胞形态和数量的影响

将人软骨栓切成约8 mm3的块状,培养过夜后,用重组EDIL3蛋白处理,然后固定进行组织学分析。

3

STR/ort小鼠体内实验

评估EDIL3蛋白和抗体对OA进展的影响

每周对小鼠尾静脉注射EDIL3蛋白、EDIL3抗体、CD98蛋白或对照,持续6周,然后处死进行组织学和微CT分析。

4

OARSI评分和微CT分析

评估软骨损伤和骨重塑情况

采用OARSI评分系统评估软骨损伤,使用SkyScan 1176微CT扫描分析软骨下骨参数。

5

血清细胞因子检测

评估EDIL3抗体和蛋白对全身炎症的影响

使用Luminex xMAP技术检测血清中48种细胞因子、趋化因子和生长因子的浓度。

6

体外软骨细胞siRNA敲低研究

验证EDIL3敲低对软骨细胞活力和凋亡的影响

使用siRNA转染原代软骨细胞敲低EDIL3,检测细胞活力和TUNEL信号。

7

磷酸激酶抗体阵列分析

探究EDIL3对IL-1β诱导的磷酸化信号的影响

用IL-1β和/或EDIL3蛋白处理C20A4细胞,提取蛋白并进行磷酸激酶抗体阵列分析。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

验证样本或模型特征
验证细胞功能变化
验证免疫效应
验证机制链路
评估体内效果

产品清单

实验环节名称品牌货号
Dulbecco改良Eagle培养基Gibco, Thermo Fisher Scientific--
胎牛血清Gibco, Thermo Fisher Scientific--
重组EDIL3蛋白R&D Systems6046-ED
番红OMilliporeSigmaS2255
快绿MilliporeSigmaF7252
EDIL3抗体Santa Cruz Biotechnologysc-293337
SOX9抗体Santa Cruz Biotechnologysc-166505
MMP-13抗体GeneTexGTX100665
聚集蛋白聚糖片段抗体R&D SystemsAF1220
DAPIInvitrogenD1306
NanoZoomer S360数字切片扫描仪Hamamatsu Photonics--
显微镜DFC7000 TLeica Microsystems--
TissueFAXS系统TissueGnostics--
蔡司Axio Imager Z1显微镜Zeiss--
抗EDIL3 IgG1抗体MilliporeSigmaMABS1976
CD98蛋白Sino Biological50813-M07H
同型对照IgG1单克隆抗体InvivoGenmabg1-ctrlm
SkyScan 1176微CT扫描仪Bruker--
小鼠48重ProcartaPlex检测试剂盒InvitrogenEPX480-20834-901
Luminex xMAP磁珠荧光免疫分析Invitrogen--
MAGPIXMilliporeSigma--
Lipofectamine 2000转染试剂Invitrogen--
六孔培养板Corning--
RIPA裂解缓冲液MilliporeSigma--
蛋白酶抑制剂混合物Roche04693132001
磷酸酶抑制剂混合物2Invitrogen--
磷酸酶抑制剂混合物3MilliporeSigma--
磷酸激酶抗体阵列R&D SystemsARY003
Premier Uni-Punch一次性活检环钻Premier Medical--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
人类软骨栓离体培养
软骨栓尺寸(约8 mm3)、培养基(低糖DMEM加1%FBS)、EDIL3蛋白浓度(2 μg/ml)、处理时间(48小时和6天)
阅读提示:Methods中Histological assessment and culture of human OA cartilage plugs
STR/ort小鼠体内实验
小鼠品系和性别(雄性STR/ort)、年龄(16-21周)、给药途径(尾静脉注射)、剂量(EDIL3蛋白2 μg/只,EDIL3抗体1 μg/只,CD98蛋白2 μg/只)、频率(每周一次)、持续时间(6周)
阅读提示:Methods中Animal studies
OARSI评分
切片厚度(5 μm)、染色方法(Safranin O)、评分系统(Glasson等描述)、评估的四个象限(MFC、LFC、MTP、LTP)
阅读提示:Methods中Osteoarthritis Research Society International score
微CT分析
扫描参数(9 μm像素,60 kVp,417 μA,0.5 mm铝滤光片,1000 ms曝光)、软件版本(NRecon 1.7.4.6, CTAn 1.20.8.0)、分析参数(PI.Th, Tb.Th, Tb.N, Tb.Sp, BV/TV, Po(tot))
阅读提示:Methods中Micro-CT bone imaging
血清细胞因子检测
检测平台(Luminex xMAP)、试剂盒(Mouse 48-plex ProcartaPlex Panel)、样本类型(血清)、孵育条件(2小时25°C)
阅读提示:Methods中Cytokine detection