桃叶珊瑚苷通过影响BMP2/Smads/RunX2信号通路抑制钛颗粒介导的MC3T3-E1细胞凋亡并促进成骨

Aucubin suppresses Titanium particles‑mediated apoptosis of MC3T3‑E1 cells and facilitates osteogenesis by affecting the BMP2/Smads/RunX2 signaling pathway.

作者信息Ziguan Zhu, Qingping Xie, Yazeng Huang, Shuijun Zhang, Yu Chen
PMID30015916
发布时间2018-09
DOI10.3892/mmr.2018.9286

实验完整度

研究包含体外细胞实验(MTT、流式、ELISA、Western blot、RT-qPCR)验证凋亡、氧化应激、成骨及信号通路,但未涉及动物模型或临床样本,证据层级单一。

主要模型

小鼠MC3T3-E1成骨细胞系

重点核对

MC3T3-E1细胞预处理不同浓度桃叶珊瑚苷(0.1、1、10μM)6小时 钛颗粒(≤5μm,0.1wt%)处理12小时 对照组为PBS处理 实验重复至少三次(n=3) 统计方法:Kruskal-Wallis和Tukey检验

摘要

桃叶珊瑚苷是一种从多种中草药中分离得到的环烯醚萜苷,已被证明具有多种药理活性。本研究旨在探讨桃叶珊瑚苷在抑制钛颗粒诱导的小鼠MC3T3-E1成骨细胞凋亡和促进骨形成中的作用及机制。分别采用MTT法和流式细胞术分析细胞活力和凋亡。采用ELISA和对硝基苯磷酸盐比色法评估氧化应激标志物和碱性磷酸酶(ALP)。采用Western blotting和逆转录-定量聚合酶链反应检测相关mRNA和蛋白质的表达。结果显示,桃叶珊瑚苷增强了经钛颗粒处理的MC3T3-E1细胞的活性。桃叶珊瑚苷通过影响B细胞淋巴瘤-2(Bcl-2)、Bcl-2相关X蛋白、ALP及相关成骨因子的表达,抑制了钛颗粒诱导的MC3T3-E1细胞凋亡并促进成骨。桃叶珊瑚苷降低了钛颗粒诱导的MC3T3-E1细胞中的氧化应激。此外,桃叶珊瑚苷上调了钛颗粒诱导的MC3T3-E1细胞中骨形态发生蛋白2(BMP2)/Smads/runt相关转录因子2(RunX2)通路。总之,本研究证实桃叶珊瑚苷通过影响BMP2/Smads/RunX2信号通路抑制钛颗粒介导的MC3T3-E1细胞凋亡并促进成骨。

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
桃叶珊瑚苷能否抑制钛颗粒诱导的MC3T3-E1成骨细胞凋亡并促进成骨,其机制是否涉及BMP2/Smads/RunX2信号通路?
核心机制
桃叶珊瑚苷通过上调BMP2/Smads/RunX2信号通路,调节凋亡相关蛋白Bax和Bcl-2表达,抑制细胞凋亡,并通过增强ALP活性及上调OPN、OCN、Osterix表达促进成骨。
主要证据
MTT和流式细胞术显示桃叶珊瑚苷提高细胞活力并降低凋亡率;ELISA和pNPP比色法显示其降低ROS、MDA、LDH含量,升高SOD、GPx活性及ALP活性;Western blot和RT-qPCR显示其上调BMP2、Smad1/5/8、RunX2表达。
研究意义
研究首次证明桃叶珊瑚苷通过上调BMP2/Smads/RunX2通路抑制钛颗粒诱导的MC3T3-E1细胞凋亡并促进成骨,提示桃叶珊瑚苷可能是促进成骨的有效靶点。

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

细胞系鉴定

确认使用的细胞系为MC3T3-E1小鼠成骨细胞。

通过倒置显微镜观察MC3T3-E1细胞在培养24、48、72小时后的形态特征,确认细胞贴壁生长并达到融合状态。

2

细胞活力检测

评估钛颗粒对MC3T3-E1细胞活力的影响以及桃叶珊瑚苷的干预作用。

MC3T3-E1细胞以5×10^3/孔接种于96孔板,预处理不同浓度桃叶珊瑚苷6小时,再加入钛颗粒处理12小时,MTT法检测细胞活力。

3

细胞凋亡检测

评估钛颗粒诱导的MC3T3-E1细胞凋亡以及桃叶珊瑚苷的抑制作用。

流式细胞术检测Annexin V-FITC/PI双染的细胞凋亡率。

4

氧化应激标志物检测

评估钛颗粒诱导的氧化应激水平及桃叶珊瑚苷的抗氧化作用。

ELISA检测ROS、MDA、LDH、SOD、GPx水平。

5

ALP活性检测

评估桃叶珊瑚苷对钛颗粒诱导的MC3T3-E1细胞成骨分化中ALP活性的影响。

使用碱性磷酸酶比色分析试剂盒,通过pNPP比色法检测ALP活性。

6

成骨相关基因和蛋白表达检测

评估桃叶珊瑚苷对成骨相关因子OPN、OCN、Osterix表达的影响。

RT-qPCR和Western blot检测OPN、OCN、Osterix的mRNA和蛋白表达。

7

信号通路检测

评估桃叶珊瑚苷对BMP2/Smads/RunX2信号通路的影响。

RT-qPCR和Western blot检测BMP2、Smad1/5/8、RunX2的表达。

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。

产品清单

实验环节名称品牌货号
DMEM培养基Gibco--
胎牛血清Gibco--
胰蛋白酶Beyotime--
桃叶珊瑚苷Sigma-Aldrich--
钛颗粒XiLong Scientific--
MTT试剂Amerco--
二甲基亚砜XiLong Scientific--
酶标仪Bio-Rad--
Annexin V-FITC----
碘化丙啶XiLong Scientific--
FACSCalibur流式细胞仪BD Biosciences--
碱性磷酸酶比色分析试剂盒LeageneTE0003
ROS检测试剂盒BeyotimeS0033
MDA检测试剂盒BeyotimeS0131
LDH检测试剂盒BeyotimeC0017
SOD检测试剂盒BeyotimeS0101
GPx检测试剂盒BeyotimeS0056
PVDF膜EMD Millipore--
Bax抗体Abcamab32503
Bcl-2抗体Abcamab692
OPN抗体Abcamab8448
OCN抗体Abcamab13418
Osterix抗体Abcamab94744
BMP2抗体Abcamab14933
Smad1抗体Abcamab33902
Smad5抗体Abcamab194661
Smad8抗体Abcamab13723
RunX2抗体Abcamab23981
β-actin抗体Abcamab8227
辣根过氧化物酶标记二抗Biossbs-0293M
ECL系统Amersham Pharmacia--
TRIzol试剂Thermo Fisher Scientific--
第一链cDNA合成试剂盒Sigma-Aldrich--
ABI 7500热循环仪Applied Biosystems--
引物Invitrogen--

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
细胞培养
细胞系:小鼠MC3T3-E1成骨细胞系;培养基:DMEM含10%FBS;培养条件:37°C,5% CO2
阅读提示:Materials and methods, Cell culture
钛颗粒处理
钛颗粒尺寸:≤5μm(95.98wt%在3-4μm范围);浓度:0.1wt%;处理时间:12小时;对照组用PBS处理
阅读提示:Materials and methods, Ti particles treatment
分组与药物处理
分组:对照组、Ti组、0.1μM桃叶珊瑚苷+Ti组、1μM桃叶珊瑚苷+Ti组、10μM桃叶珊瑚苷+Ti组;桃叶珊瑚苷预处理6小时
阅读提示:Materials and methods, Grouping
细胞活力检测
MTT法:细胞密度5×10^3/孔;MTT孵育6小时;检测波长490nm
阅读提示:Materials and methods, Cell viability analysis
凋亡检测
流式细胞术:细胞密度1×10^6/ml;Annexin V-FITC/PI染色15分钟
阅读提示:Materials and methods, Apoptosis assay
氧化应激标志物检测
ELISA检测ROS、MDA、LDH、SOD、GPx;具体试剂盒编号:S0033、S0131、C0017、S0101、S0056
阅读提示:Materials and methods, ELISA
ALP活性检测
pNPP比色法:使用碱性磷酸酶比色分析试剂盒(TE0003);检测波长405nm
阅读提示:Materials and methods, Para-nitrophenyl phosphate colorimetry
蛋白表达检测
Western blot:抗体稀释比例和货号见材料方法;RT-qPCR引物序列见表I
阅读提示:Materials and methods, Western blot analysis and RT-qPCR analysis