维生素D给药激活维生素D受体通过抑制NFκB介导的异常破骨细胞生成减轻结核分枝杆菌诱导的骨破坏

Vitamin D receptor activated by vitamin D administration alleviates Mycobacterium tuberculosis-induced bone destruction by inhibiting NFκB-mediated aberrant osteoclastogenesis.

作者信息Jiezhong Deng, Yusheng Yang, Jinyue He, Zhao Xie, Fei Luo, Jianzhong Xu, Zehua Zhang
PMID34046950
期刊FASEB J
发布时间2021-06
DOI10.1096/fj.202100135R

实验完整度

包含体外细胞感染模型、VDR敲低验证、体内小鼠颅骨溶骨模型及VDR敲除小鼠验证,涵盖功能与机制验证。

主要模型

RAW264.7细胞 骨髓来源巨噬细胞(BMMs) 小鼠颅骨溶骨模型 VDR敲除小鼠

重点核对

M. bovis BCG感染巨噬细胞MOI 10:1 1,25(OH)2D3浓度梯度10^-6、10^-8、10^-10 mol/L VDR siRNA敲低效率 C57BL/6小鼠,8周龄,每组6只,颅骨注射M. bovis BCG 1×10^6 CFU/只 1,25(OH)2D3剂量0.5 µg/g

摘要

临床上,结核分枝杆菌引起的骨破坏在维生素D(VD)缺乏的患者中尤为严重。然而,VD在结核分枝杆菌诱导的骨破坏中的作用仍不明确。在此背景下,我们研究了VD和维生素D受体(VDR)在结核分枝杆菌诱导的骨破坏中的作用。首先,我们在体外用牛分枝杆菌卡介苗(M. bovis BCG)感染RAW264.7和骨髓来源巨噬细胞(BMMs)。然后,我们通过VD给药激活VDR。进行了TRAP和FAK染色、骨吸收实验、免疫荧光染色、qPCR和Western blot。在体内,建立了小鼠颅骨结核分枝杆菌诱导的溶骨模型,并进行了μCT和组织学分析。我们发现VDR和TRAP在骨结核组织中上调,并证明结核分枝杆菌感染促进了RAW264.7和BMMs中的破骨细胞生成。VD能够剂量依赖性地抑制破骨细胞分化、融合和骨吸收。然而,当VDR被敲低时,VD对破骨细胞的抑制作用消失。在机制上,VDR的激活抑制IκBα的磷酸化,从而抑制NFκB信号通路并减轻破骨细胞生成。此外,在颅骨溶骨模型中,VD给药减少了溶骨,但在VDR−/−小鼠中则不然。我们的研究首次证明,VD给药激活VDR可抑制结核分枝杆菌诱导的骨破坏。我们的结果表明,VD和VDR是结核分枝杆菌诱导的骨破坏的潜在治疗靶点,对开发新的治疗策略具有重要的临床意义。

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
维生素D及其受体VDR在结核分枝杆菌诱导的骨破坏中的作用及机制尚不明确。
核心机制
维生素D激活VDR通过抑制IκBα磷酸化,从而抑制NFκB信号通路,减少破骨细胞生成。
主要证据
体外M. bovis BCG感染RAW264.7和BMMs促进破骨细胞生成,VD剂量依赖性抑制;VDR敲低消除VD效应;体内小鼠颅骨溶骨模型中VD减少骨破坏,但在VDR敲除小鼠中无保护作用。
研究意义
VD和VDR是结核分枝杆菌诱导的骨破坏的潜在治疗靶点,对开发新治疗策略具有临床意义。

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

体外感染模型建立

确认巨噬细胞能否吞噬结核分枝杆菌并研究其对破骨细胞生成的影响。

用M. bovis BCG以MOI 10:1感染RAW264.7细胞4小时,然后用庆大霉素杀灭胞外菌;用Ag85B免疫荧光染色确认吞噬。

2

破骨细胞分化与功能检测

评估结核分枝杆菌感染对破骨细胞分化、融合和骨吸收功能的影响。

用RANKL和M-CSF诱导RAW264.7和BMMs分化为破骨细胞,并进行TRAP染色、FAK染色、骨吸收实验、qPCR和Western blot检测相关标志物。

3

VD处理及剂量效应评估

探究不同浓度1,25(OH)2D3对结核分枝杆菌诱导的破骨细胞生成的抑制作用。

在M. bovis BCG感染的破骨细胞分化过程中加入不同浓度1,25(OH)2D3,检测细胞活力(CCK-8)、破骨细胞生成、F-Actin环形成、骨吸收和相关标志物表达。

4

VDR敲低实验

验证VD对破骨细胞生成的抑制作用是否依赖于VDR。

用VDR特异性siRNA转染BMMs,随后进行VD处理,检测破骨细胞生成和标志物表达。

5

机制验证

探究VDR激活抑制破骨细胞生成的分子机制。

通过Western blot检测IκBα、p-IκBα、p65、p-p65在不同时间点的表达,以及免疫荧光染色观察p65核转位。

6

体内动物模型

在体内验证VD对结核分枝杆菌诱导的骨破坏的保护作用及VDR依赖。

建立小鼠颅骨溶骨模型,皮下注射M. bovis BCG和/或VD,进行μCT扫描、组织学染色(H&E、TRAP)和形态学分析。

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。

产品清单

实验环节名称品牌货号
DMEM培养基Hyclone--
α-MEM培养基Hyclone--
胎牛血清Hyclone--
青霉素/链霉素溶液Hyclone--
NF-κB受体活化因子配体R&D Systems--
巨噬细胞集落刺激因子R&D Systems--
1,25-二羟基维生素D3Sigma-Aldrich--
TRAP染色试剂盒Sigma-Aldrich--
肌动蛋白细胞骨架和黏着斑染色试剂盒Millipore--
骨吸收分析板Corning--
RIPA裂解缓冲液ComWin Biotech--
SDS-PAGE凝胶试剂盒ComWin Biotech--
抗GAPDH抗体Biossbs-0755R
抗NFκB p65抗体Bioworld TechnologyBS9879M
抗磷酸化NF-κB p65抗体CST3033S
抗IκBα抗体CST4812S
抗磷酸化IκBα抗体CST2859S
抗c-Fos抗体CST2250S
抗VDR抗体CST12550S
抗NFATc1抗体CST8032S
抗CtsK抗体Abcamab187647
抗MMP9抗体Abcamab228402
抗rACP5抗体Abcamab238033
辣根过氧化物酶标记的抗兔二抗Beyotime BiotechnologyA0208
山羊抗兔IgG H&L (Alexa Fluor 488)Abcamab150077
山羊抗小鼠IgG H&L (Alexa Fluor 647)Abcamab150115
DAPI----
VDR特异性siRNAGenePharma--
Lipofectamine 3000转染试剂Sigma-Aldrich--
CCK-8溶液----
布鲁克μCT Skyscan 1272系统Bruker--
尼康Ti-E成像系统Nikon--
DMI 6000B显微镜Leica Microsystems--
ChemiDoc Touch成像系统Bio-Rad--
TRIzol裂解液----
NanoDrop ND-1000微孔板读数器Thermo Fisher Scientific--
逆转录试剂盒TAKARA--
SYBR green超混液----
Multiskan FC微孔板光度计Thermo Fisher Scientific--

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
体外感染
M. bovis BCG感染MOI 10:1,感染时间4小时,庆大霉素20 µg/mL杀灭胞外菌
阅读提示:详见Materials and Methods 2.4 Cell culture和2.6 TRAP staining assay
药物处理
1,25(OH)2D3浓度10^-6、10^-8、10^-10 mol/L,作用时间与诱导同步
阅读提示:详见Materials and Methods 2.4 Cell culture和Results 3.2
基因敲低
VDR siRNA转染时间、剂量,Lipofectamine 3000用量
阅读提示:详见Materials and Methods 2.4 Cell culture及图3
体内动物模型
小鼠品系C57BL/6(8周龄,雄性),VDR KO小鼠;M. bovis BCG剂量1×10^6 CFU/只;1,25(OH)2D3剂量0.5 µg/g;皮下注射,每2天一次共7次;每组6只
阅读提示:详见Materials and Methods 2.11 M. tuberculosis-induced murine calvarial osteolysis model
机制检测
细胞饥饿12小时(无FBS),RANKL和M-CSF刺激时间点15、30、60分钟,1,25(OH)2D3浓度10^-6 mol/L
阅读提示:详见Results 3.4及图4D