删除血管周围基质中的转录因子EBF1破坏骨骼稳态并引发骨髓微环境过早老化

Deletion of the transcription factor EBF1 in perivascular stroma disrupts skeletal homeostasis and precipitates premature aging of the marrow microenvironment.

作者信息Tracy A Nelson, Stephen Tommasini, Jackie A Fretz
PMID39002837
期刊Bone
发布时间2024-10
DOI10.1016/j.bone.2024.117198

实验完整度

包含体外细胞培养、体内动物模型、组织学、影像学及分子机制验证,涵盖多个独立证据层级。

主要模型

Prx-cre;Ebf1fl/fl小鼠 骨髓基质细胞(BMS) 间充质干细胞(MSCs)

重点核对

检查Ebf1的缺失效率和表达水平,确认间充质谱系中Ebf1敲除。 成骨和成脂分化实验条件(如地塞米松、胰岛素、吲哚美辛、IBMX)及时间(10天/14天)。 BMP4处理浓度(10 ng/mL)及处理时间(0, 15, 30, 60分钟)验证SMAD信号。 使用SBE4-Luc报告基因检测SMAD转录活性。

摘要

早期B细胞因子1(EBF1)是骨髓内多种基质细胞谱系表达的一种转录因子。虽然几个研究小组已证明,Ebf1缺陷细胞的培养物在体外向成骨细胞或脂肪形成谱系分化能力受损,但在体内,EBF1缺失对骨骼发育的影响却微不足道。在本研究中,我们使用Prx-cre驱动的Ebf1缺失来消除骨骼整个间充质谱系中的EBF1,以解决这一差异。我们在此报告,EBF1主要在间充质干细胞和祖细胞(MSPC)-Adipo、MSPC-Osteo和早期间充质祖细胞中表达,并且EBF1的缺失对成年期骨骼的维持产生多种后果。来自Prx-cre;Ebf1fl/fl骨骼的基质具有受损的成骨分化能力、年龄依赖性的CFU-F丢失,以及伴随Ebf1缺失的衰老增加。3个月后新骨形成减少,并导致骨环境静止,成骨细胞减少,同时破骨细胞介导的骨重塑减少。因此,骨骼在较年轻时延展性降低,EBF1缺失显著损害骨折修复。血管周围群体中EBF1的破坏也重排了这些骨骼内的血管网络,并破坏了关键造血微环境的细胞因子信号,导致贫血、B细胞减少和骨髓造血谱系的髓系偏移。在机制上,我们在Ebf1缺陷的祖细胞中观察到BMP信号破坏,SMAD1磷酸化减少,并且MSPC-Adipo细胞分泌可溶性BMP抑制剂Gremlin升高。Ebf1缺陷的祖细胞还表现出糖皮质激素受体表达的翻译后抑制。总之,这些结果表明EBF1信号对于间充质祖细胞的动员以维持成年骨骼是必需的,并且EBF1在早期间充质谱系中的主要作用是促进这些血管周围细胞的增殖和分化,以维持健康的组织。

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
EBF1在骨骼间充质谱系中的功能是什么?
核心机制
EBF1缺失导致BMP信号受损(SMAD1磷酸化减少,Gremlin分泌增加)和糖皮质激素受体表达下调。
主要证据
Prx-cre;Ebf1fl/fl小鼠显示成骨分化受损、CFU-F减少、骨形成减少、骨折修复受损及骨髓微环境老化(如贫血、B细胞减少)。
研究意义
EBF1对维持成人骨骼稳态至关重要,其缺失促进骨髓过早老化,为骨骼老化和相关疾病提供潜在靶点。

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

验证EBF1在骨髓基质中的表达

确定EBF1在骨髓基质中的表达模式

通过分析公共单细胞测序数据,检查Ebf1在MSPC-Adipo、MSPC-Osteo等群体中的表达。

2

敲除Ebf1

研究EBF1缺失对骨骼的影响

将Ebf1fl/fl小鼠与Prx1-cre小鼠杂交,获得Prx-cre;Ebf1fl/fl小鼠。

3

成骨分化实验

评估EBF1缺失对成骨分化的影响

从WT和突变小鼠分离骨髓基质细胞,进行成骨分化培养。

4

成脂分化实验

评估EBF1缺失对成脂分化的影响

用标准成脂诱导混合物处理骨髓基质细胞。

5

CFU-F和CFU-OB分析

评估祖细胞数量

从不同年龄小鼠收获全骨髓,进行集落形成实验。

6

衰老检测

检测EBF1缺失细胞的衰老情况

对培养的骨髓基质细胞进行SA-β-gal染色和衰老相关基因表达分析。

7

体内骨量分析

评估EBF1缺失对骨微结构的影响

通过μCT和组织形态计量学分析不同年龄小鼠的骨参数。

8

骨折修复实验

评估EBF1缺失对骨折愈合的影响

对9个月小鼠进行稳定胫骨骨折手术,分析10天和28天的愈合情况。

9

造血分析

评估EBF1缺失对造血的影响

对老龄小鼠进行外周血计数、骨髓流式细胞术和IHC染色。

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
Prx-cre小鼠JAX005584
αMEM培养基----
地塞米松----
胰岛素----
吲哚美辛----
IBMX----
抗坏血酸----
β-甘油磷酸----
BMP4----
miRNeasy试剂盒Qiagen74104
iScript cDNA合成试剂盒BioRad1708891
Kapa Universal Sybr快速试剂Kapa--
mini-PROTEAN TGX凝胶Bio-Rad456-1093
抗β肌动蛋白抗体Santa Cruzsc-47778
SuperSignal West Pico化学发光底物Thermo Scientific34577
SBE4-Luc质粒Addgene16495
X-tremeGENE HP DNA转染试剂Roche/MilliporeSigmaXTGHP-RO
Nano-Glo双荧光素酶报告检测PromegaN1610
BD FACSAria IIBD Biosciences--
UltraComp eBeads Plus补偿微球Invitrogen01-3333-42
Harris苏木素Protocol245-650
醇溶性伊红Epredia71211

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
小鼠品系、基因型(Prx-cre;Ebf1fl/fl和WT)、年龄和性别匹配
阅读提示:材料与方法:动物
细胞培养
骨髓基质细胞分离和培养条件,包括培养基、消化酶(胶原酶I)、培养时间
阅读提示:材料与方法:细胞分离和培养
成骨分化
诱导培养基成分(α-MEM,10%FBS,50 μg/ml抗坏血酸,1 μM β-甘油磷酸)和14天培养时间
阅读提示:材料与方法:细胞分离和培养
成脂分化
成脂诱导混合物(0.1 μM地塞米松,5 μg/ml胰岛素,50 μM吲哚美辛,0.5 mM IBMX)和10天培养时间
阅读提示:材料与方法:细胞分离和培养
分子实验
用于RT-qPCR的引物序列、Western blot的抗体(如anti-SMAD1, anti-phospho-SMAD1)和稀释比例
阅读提示:材料与方法:逆转录和PCR;Western印迹
体内骨分析
小鼠年龄(3-15个月)、骨部位(股骨、胫骨)、μCT扫描参数、组织形态计量学测量区域(初级海绵层)
阅读提示:材料与方法:Micro-和Nano-CT;组织学
骨折修复
骨折手术方法(稳定胫骨骨折)、小鼠年龄(9个月)、术后时间点(10天和28天)
阅读提示:材料与方法:动物;结果:骨折修复