云南白药可能通过抑制自噬和促进成骨细胞分化在体内、离体和体外减轻牙周炎骨破坏

Yunnan Baiyao Might Mitigate Periodontitis Bone Destruction by Inhibiting Autophagy and Promoting Osteoblast Differentiation in vivo, ex vivo and in vitro.

作者信息Wang Liu, Yanjie Li, Yuanyuan An, Ruoyu Zhao, Chenxi Wei, Xiaobin Ren, Hongbing He
PMID38645877
发布时间2024-04-15
DOI10.2147/JIR.S454694

实验完整度

研究包含体内大鼠牙周炎模型、体外MC3T3-E1细胞实验和离体颅骨器官培养三个独立证据层级,并通过自噬激动剂和抑制剂进行功能验证。

主要模型

大鼠牙周炎模型(SD大鼠,结扎上颌第二磨牙) MC3T3-E1小鼠前成骨细胞系 离体颅骨器官培养(新生C57小鼠)

重点核对

YNBY给药剂量:50 mg/只/天,口服灌胃,持续6周(体内模型) LPS浓度:10 μg/mL用于细胞和离体器官刺激 YNBY浓度:20 μg/mL用于细胞实验(低于毒性浓度) 自噬调控:使用自噬激动剂RAPA和抑制剂3-MA进行验证 实验重复数:细胞实验n=3,图像分析n=30

摘要

背景与目的:牙周炎是一种炎症性疾病,最终破坏牙齿支持组织。云南白药(YNBY)是一种具有止血和抗炎作用的传统中药复方,在多种疾病中显示出治疗潜力。我们先前的研究表明,云南白药抑制牙周炎中的破骨细胞分化。本研究旨在探讨云南白药对成骨细胞的影响并探索其潜在机制。材料与方法:通过结扎上颌第二磨牙建立大鼠牙周炎模型。建模结束后,采用苏木精-伊红(HE)染色和Masson三色染色进行组织病理学观察,通过Micro-CT扫描检测骨吸收,通过抗酒石酸酸性磷酸酶(TRAP)染色检测破骨细胞,通过免疫组织化学检测骨钙素(OCN)和微管相关蛋白1轻链3(LC3)的表达。使用脂多糖刺激MC3T3-E1成骨细胞和离体颅骨器官作为体外炎症模型。采用CCK-8实验检测云南白药对MC3T3-E1成骨细胞的毒性。用茜素红染色、免疫荧光染色、Western blot和免疫组织化学染色评估成骨作用。采用透射电子显微镜、荧光双标染色、Western blot和免疫组织化学染色检测自噬。结果:组织学和micro-CT分析显示,云南白药灌胃减少了实验性牙周炎引起的骨丢失,并在体内上调成骨蛋白。云南白药减弱了牙周炎大鼠自噬相关蛋白的产生。此外,云南白药通过抑制炎症诱导的自噬在体外促进成骨。此外,云南白药抑制了LPS介导的骨吸收,并在离体炎症颅骨组织中促进了成骨相关蛋白的产生。结论:本研究通过体内、体外和离体实验证明,云南白药通过抑制自噬促进成骨细胞分化,从而显著减轻牙周炎引起的骨破坏。关键词:云南白药,牙周炎,成骨细胞,自噬

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
云南白药是否能促进成骨细胞分化并通过调节自噬减轻牙周炎引起的骨破坏?
核心机制
云南白药通过抑制炎症诱导的自噬通量,促进成骨细胞分化,同时抑制破骨细胞活性,从而恢复骨稳态。
主要证据
体内大鼠牙周炎模型显示YNBY减少骨丢失、上调OCN;体外MC3T3-E1细胞实验中YNBY促进成骨分化并抑制自噬;离体颅骨器官培养中YNBY抑制骨吸收并促进成骨。自噬激动剂RAPA逆转了YNBY的作用,而抑制剂3-MA增强其作用。
研究意义
研究为云南白药通过调节自噬促进成骨分化提供理论依据,为牙周炎提供潜在的新型治疗策略。

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

建立牙周炎动物模型并评估YNBY疗效

验证YNBY在体内对牙周炎骨破坏的影响

通过结扎上颌第二磨牙建立大鼠牙周炎模型,4周后口服YNBY(50 mg/只/天)或CMC-Na,6周后取材,通过Micro-CT、HE、Masson、TRAP和IHC分析骨丢失、炎症和成骨蛋白表达。

2

细胞毒性评估与安全浓度确定

确定YNBY对MC3T3-E1细胞的毒性范围

使用CCK-8实验检测不同浓度YNBY(0, 5, 10, 20, 40 μg/mL)在0、1、3、5、7天对细胞活力的影响。

3

体外成骨分化实验

验证YNBY在炎症环境下对成骨分化的影响

在成骨诱导培养基中,用LPS(10 μg/mL)模拟炎症,同时加入YNBY(20 μg/mL),通过茜素红染色、免疫荧光(OSX)、Western blot(RUNX2、OSX、ALP)检测成骨分化。

4

离体颅骨器官培养模型

验证YNBY在包含骨微环境下的作用

取新生C57小鼠颅骨,培养于DMEM中,用LPS和YNBY处理,通过HE、TRAP、IHC(OPG、ATG5)和Western blot(RUNX2、OPG、NFATC1、MMP9、RANKL等)分析骨吸收和成骨。

5

自噬通量检测与调控验证

验证YNBY是否通过抑制自噬促进成骨分化

用mRFP-GFP-LC3腺病毒检测自噬通量,TEM观察自噬体,Western blot检测LC3和P62。使用自噬激动剂RAPA和抑制剂3-MA进行救援实验,评估对成骨分化的影响。

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
超高效液相色谱-电喷雾串联质谱系统Applied Biosystems6500 Q TRAP
安捷伦SB-C18色谱柱Agilent--
云南白药China Yunnan Baiyao Group Co., Ltd.--
羧甲基纤维素钠----
微型CT系统PINGSENG Healthcare Inc.NMC-100
Mimics Research软件Materialise NVversion 17.0
EDTA溶液Leagene BiotechnologyX2776
Masson三色染色试剂盒ServicebioG1006
TRAP染色试剂盒SolarbioG1492
抗OCN抗体ServicebioGB11233-100
抗OPG抗体Biossbs-20624R
抗LC3抗体Proteintech14600-1-AP
抗ATG5抗体Proteintech10181-2-AP
抗原修复液(EDTA)Maixin BiotechMVS-0099
抗原修复液(柠檬酸盐缓冲液)Maixin BiotechMVS-0101
内源性过氧化物酶阻断剂Maixin BiotechSP KIT-A3
MaxVision HRP-聚合物抗小鼠/兔免疫组化试剂盒Maixin BiotechKIT-5020
DAB显色试剂盒Maixin BiotechDAB-0031
数字切片扫描仪KFBIOKF-PRO-005
K-Viewer软件KFBIO1.7.0.27
Image-Pro Plus图像分析软件Media Cyberneticsv6.0
青霉素-链霉素HyClone--
DMEM培养基GibcoC11995500BT
胎牛血清VivaCellC04001-050X10
α-MEM培养基GibcoC12571500BT
二甲基亚砜SolarbioD8371
CCK-8试剂Dojindo--
L-抗坏血酸SigmaD4544
β-甘油磷酸SigmaD9422
地塞米松SigmaD4902
脂多糖SigmaL2880
茜素红S溶液OriCellALIR-10001
RIPA裂解缓冲液SolarbioR0010
PVDF膜Millipore0.22 μm
封闭缓冲液BeyotimeP0252
二抗ProteintechSA00001-2
超敏ECL化学发光底物BiosharpBL520A
ImageJ软件NIH1.35q
抗GAPDH抗体zenbio#380646
抗RUNX2抗体Biossbs-1134R
抗OSX抗体Biossbs-1110R
抗ALP抗体abcamab229126
抗OPG抗体Biossbs-20624R
抗RANKL抗体Biossbs-0747R
抗NFATC1抗体Proteintech66963-1-Ig
抗MMP9抗体Biossbs-41146R
抗CTSK抗体Biossbs-1611R
抗P62抗体Proteintech18420-1-AP
荧光二抗abbkinea23420
DAPI溶液SolarbioC0065
激光扫描共聚焦显微镜Nikon--
表达mRFP-GFP-LC3的腺病毒Hanbio--
透射电子显微镜JEOLJEM-1400FLASH
GraphPad Prism软件--9.0

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
YNBY给药剂量:50 mg/只/天,口服灌胃,持续6周;大鼠品系:SPF级雄性SD大鼠,体重180g;分组:Control、Periodontitis、P+YNBY,每组6只;建模方式:结扎上颌第二磨牙
阅读提示:详见Methods中“Experimental Periodontitis Model (in vivo)”小节及Figure 1
细胞实验
细胞系:MC3T3-E1 Subclone 14;YNBY浓度:20 μg/mL(最大非毒性浓度);LPS浓度:10 μg/mL;成骨诱导培养基成分:α-MEM含10%FBS、50 μM L-抗坏血酸、10 mM β-甘油磷酸、10 nM地塞米松
阅读提示:详见Methods中“Cell Line”、“In vitro Osteoblast Differentiation”小节及Figure 2
离体器官培养
动物:3日龄C57小鼠;培养基:DMEM含10%FBS、1%青霉素-链霉素;LPS浓度:10 μg/mL;YNBY浓度(文中未明确说明具体浓度)
阅读提示:详见Methods中“Ex vivo Calvarial Organ Cultures”小节及Figure 2
自噬调控验证
自噬激动剂RAPA和抑制剂3-MA的具体浓度:文中未明确说明;腺病毒滴度:100 MOI;检测方法:mRFP-GFP-LC3、TEM、Western blot
阅读提示:详见Methods中“Autophagy Flux Detection”和Results中“YNBY Promotes Osteogenic Differentiation Through Inhibiting Inflammation-Induced Autophagy”部分及Figure 4
统计设计
数据表示:mean ± SD;显著性水平:p < 0.05;统计方法:one-way ANOVA,进行正态性检验;样本量:动物每组6只,细胞实验n=3,图像分析n=30
阅读提示:详见Methods中“Statistical Analysis”小节及各图注