六味地黄丸通过Yes相关蛋白(YAP)-自噬轴缓解骨髓间充质干细胞(BMSC)衰老,进而减轻卵巢切除术诱导的骨丢失

Liuwei Dihuang pills attenuate ovariectomy-induced bone loss by alleviating bone marrow mesenchymal stem cell (BMSC) senescence via the Yes-associated protein (YAP)-autophagy axis.

作者信息Bing Liang, Xiongbin Chen, Min Li, Lingling Zhang, Xia Yang, Liangqin Shi, Yanju Gong, Yuanyuan Gong, Huan Xu, Xiao Wu, Zhong Jin, Yanru Wang, Luwei Liu, Xiaohong Yi, Lushuang Xie, Hua Zhong, Chongyang Shen, Yong Wang, Lan Yang
PMID38112463
发布时间2024-12
DOI10.1080/13880209.2023.2291675

实验完整度

高

包含动物模型(OVX大鼠)和细胞实验(BMSCs分离培养、衰老检测、成骨成脂分化、自噬相关蛋白检测),并进行了功能验证和机制验证(YAP及自噬通路)。

主要模型

OVX诱导的骨质疏松大鼠模型 原代培养的大鼠骨髓间充质干细胞(BMSCs)

重点核对

动物分组:SHAM、OVX、LWDH-H(1.6 g/kg/d)、LWDH-L(0.8 g/kg/d),灌胃给药8周 BMSCs分离自各组大鼠双侧股骨和胫骨,第三代用于实验 衰老检测:SA-β-gal染色、细胞周期分析(G0/G1期阻滞)、p53和p21 mRNA及蛋白水平 自噬检测:LC3II/LC3I、Beclin1、p62表达水平;YAP表达水平

摘要

背景:六味地黄丸(LWDH)已被用于治疗绝经后骨质疏松症(PMOP)。目的:探讨LWDH在PMOP中的作用及机制。材料与方法:将48只雌性Sprague-Dawley大鼠分为四组:假手术组(SHAM)、卵巢切除组(OVX)、LWDH高剂量组(LWDH-H,1.6 g/kg/d)和LWDH低剂量组(LWDH-L,0.8 g/kg/d);在卵巢切除后通过灌胃给药,持续八周。八周后,评估骨微结构。通过成骨和成脂诱导的BMSC分化评估LWDH对骨髓间充质干细胞(BMSCs)分化的影响。还使用衰老染色、细胞周期分析、实时定量聚合酶链反应和蛋白质印迹法检测衰老相关的生物学指标。最后,评估自噬相关蛋白和Yes相关蛋白(YAP)的表达水平。结果:LWDH-L和LWDH-H显著改善了OVX诱导的骨丢失。LWDH促进了OVX-BMSCs的成骨分化并抑制了成脂分化。此外,LWDH降低了衰老OVX-BMSCs的阳性率,并改善了细胞活力、细胞周期以及p53和p21的mRNA和蛋白水平。LWDH上调了OVX-BMSCs中自噬相关蛋白LC3、Beclin1和YAP的表达,并下调了p62的表达。讨论与结论:LWDH通过YAP-自噬轴延缓BMSC衰老,从而改善骨质疏松症。

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
LWDH是否通过延缓BMSC衰老来改善OVX诱导的骨丢失,其机制是否涉及YAP介导的自噬?
核心机制
LWDH激活YAP,上调自噬水平(LC3II/LC3I和Beclin1升高,p62降低),从而延缓BMSC衰老,减少p53/p21表达,促进成骨分化并抑制成脂分化,最终减轻骨丢失。
主要证据
在OVX大鼠模型中,LWDH显著改善骨微结构参数(BMD、BV/TV、Tb.N、Tb.Th、Ct.Th升高,Tb.Sp降低);在细胞水平,LWDH降低SA-β-gal阳性率,恢复细胞活力,降低p53/p21表达,增强成骨分化(ALP、ARS及Runx2、Osterix、Ocn表达)并抑制成脂分化(Oil Red O及Adipoq、PPARγ、Cebpα表达),同时上调YAP和自噬相关蛋白水平。
研究意义
研究首次证明YAP介导的自噬变化是LWDH延缓OVX-BMSC衰老的关键因素,揭示LWDH治疗骨质疏松的分子机制,并提示YAP是治疗骨质疏松的潜在靶点,LWDH激活YAP介导的自噬可能成为治疗骨质疏松的新方法。

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

LWDH成分分析

确定LWDH中主要活性成分的含量,以表征实验用药。

采用高效液相色谱(HPLC)分析LWDH中芍药苷、泽泻醇B23-乙酸酯、丹皮酚、莫诺苷和马钱苷的含量。

2

动物模型建立与给药

建立OVX诱导的骨质疏松大鼠模型,并评估LWDH的体内药效。

48只SD雌性大鼠随机分为SHAM和OVX,OVX后随机分为OVX、LWDH-H(1.6 g/kg/d)和LWDH-L(0.8 g/kg/d),灌胃给药8周,SHAM和OVX组给予超纯水。

3

骨微结构和组织学评估

评估LWDH对OVX大鼠骨丢失的改善作用。

通过micro-CT扫描股骨远端评估骨微结构参数(BMD、BV/TV、Tb.N、Tb.Th、Tb.Sp、Ct.Th);通过HE染色观察骨小梁,免疫组化检测Runx2、YAP,Goldner三色染色评估骨矿化,TRAP染色评估破骨细胞数量。

4

BMSCs的分离培养与衰老检测

评估LWDH对OVX大鼠BMSCs衰老的影响。

从各组大鼠股骨和胫骨分离BMSCs,培养至第三代,进行CCK8增殖实验、SA-β-gal染色、流式细胞术分析细胞周期,并通过qRT-PCR和Western blot检测p53和p21表达。

5

BMSCs成骨和成脂分化能力检测

评估LWDH对OVX-BMSCs分化平衡的影响。

诱导BMSCs成骨分化(OIM培养)和成脂分化(OriCell成脂诱导培养基),通过ALP染色和活性、茜素红染色、油红O染色、qRT-PCR检测成骨相关基因(Runx2、Osterix、Ocn)和成脂相关基因(Adipoq、PPARγ、Cebpα)表达。

6

自噬和YAP表达检测

验证LWDH是否通过激活YAP增强自噬。

通过qRT-PCR和Western blot检测BMSCs中自噬相关蛋白(LC3II、Beclin1、p62)和YAP的mRNA及蛋白水平;通过免疫组化检测股骨组织中YAP阳性细胞数。

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
六味地黄丸(浓缩丸)北京同仁堂批号:21072045;国药准字:Z19993068
DMEM/F12培养基----
胎牛血清QuaCell--
青霉素-链霉素溶液BOSTER--
细胞计数试剂盒-8 (CCK8)Absin--
SA-β-gal染色试剂盒Biosss0105
碘化丙啶 (PI)BeyotimeC1062L
BD FACSVerse™流式细胞仪BD--
成骨诱导培养基 (OIM)Cyagen Biosciences--
OriCell™ SD大鼠骨髓间充质干细胞成脂诱导培养基Cyagen Biosciences--
BCIP/NBT ALP显色试剂盒Beyotime--
碱性磷酸酶活性检测试剂盒南京建成生物工程研究所--
茜素红染色液Beyotime--
氯化十六烷基吡啶Aladdin--
油红O染色试剂盒Cyagen Biosciences--
TRIzol®试剂Thermo Fisher Scientific252612
HiScript III逆转录预混液VazymeR323-01
ChamQ通用SYBR qPCR预混液VazymeQ711-02/03
核浆蛋白提取试剂盒Beyotime--
BCA蛋白定量试剂Absinabs9232
PVDF膜----
Tanon 6100多功能成像系统Tanon--
p53抗体CST2524T
p21抗体AbcamAbl09199
LC3A/B抗体CST12741S
p62抗体AbcamAbl109012
Beclin 1抗体CST3495T
YAP抗体CST14074S
β-actin抗体BeyotimeAF5003
TRAP染色试剂盒SolarbioG1492
Goldner三色染色试剂盒SolarbioG3550
病理切片扫描仪Zeiss--
生物素化二抗Vector LaboratoriesZF0917
ABC溶液Vector Laboratories--
DAB显色液Vector LaboratoriesZF1024

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
动物模型
大鼠品系、年龄、体重、分组、OVX手术方法、麻醉剂、术后抗生素、给药剂量和途径、给药时间
阅读提示:Materials and methods - Animals and treatment
药物处理
LWDH来源、批号、给药剂量(1.6和0.8 g/kg/d)、给药方式(灌胃)、频率(每日两次)、持续时间(8周)
阅读提示:Materials and methods - Animals and treatment
BMSCs分离与培养
BMSCs来源(大鼠股骨和胫骨)、分离方法、培养基(DMEM/F12+10% FBS+1%抗生素)、培养条件(5% CO2, 37°C)、传代代数(第三代)
阅读提示:Materials and methods - Isolation and culture of rat BMSCs
衰老检测
CCK8细胞密度(2.5×10^3/孔)、SA-β-gal染色细胞密度(5×10^4/孔)、培养时间(2天)、细胞周期分析步骤(PI染色、流式检测)、p53/p21检测方法(qRT-PCR和WB)
阅读提示:Materials and methods - CCK8, SA-β-gal staining, Flow cytometry; Figure 4
成骨和成脂分化
成骨诱导培养基(OIM)和成脂诱导培养基(Cyagen),细胞密度(5×10^4/孔),诱导时间(成骨7天或14天,成脂14天),染色方法(ALP、ARS、Oil Red O)
阅读提示:Materials and methods - Osteogenic differentiation, Adipogenic differentiation
自噬和YAP检测
qRT-PCR引物序列(LC3II、p62、Beclin1、YAP),WB抗体(LC3A/B、p62、Beclin1、YAP),IHC染色条件(抗原修复、抗体稀释倍数)
阅读提示:Materials and methods - RNA isolation, Western blot, Histological staining; Table 2
统计分析
数据表达方式(mean ± SD),统计方法(one-way ANOVA),P<0.05为显著性水平,独立实验次数(≥3)
阅读提示:Materials and methods - Statistical analysis