miR-381-3p通过靶向KLF5/Wnt/β-catenin信号通路抑制成骨分化从而加重去卵巢诱导的骨质疏松症

Mir-381-3p aggravates ovariectomy-induced osteoporosis by inhibiting osteogenic differentiation through targeting KLF5/Wnt/β-catenin signaling pathway.

作者信息Yingwei Zhao, Jingsong Liu, Yubo Zhang, Min Liang, Rui Li, Yindong Song, Yansong Wang
PMID39152444
发布时间2024-08-17
DOI10.1186/s13018-024-04992-6

实验完整度

高

包含体内OVX大鼠模型和体外OVX-BMMSCs细胞实验,并进行了功能验证(ALP、矿化、标志物)和机制验证(双荧光素酶报告、KLF5沉默、Wnt通路蛋白检测)。

主要模型

OVX大鼠模型 OVX大鼠来源骨髓间充质干细胞(OVX-BMMSCs)

重点核对

miR-381-3p antagomir剂量:200 nM/只(200 µL),尾静脉注射,每周一次,持续8周 OVX-BMMSCs成骨分化诱导:使用含10 nM地塞米松、50 µg/ml抗坏血酸和10 mM β-甘油磷酸的成骨分化培养基,诱导14天 转染浓度:50 nM miR-381-3p agomir/antagomir,Lipofectamine 3000 KLF5沉默:200 ng pLVX-KLF5-shRNA质粒转染 动物分组:Sham、OVX、OVX+anti-miR-381-3p、OVX+anti-miR-NC,每组6-10只

摘要

背景:越来越多的证据表明miRNAs在骨质疏松症的发病机制中具有重要意义。miR-381-3p已被鉴定为成骨的抑制剂。本研究探讨了miR-381-3p在绝经后骨质疏松症(PMOP)——最常见的骨质疏松症类型——中的作用和机制。方法:建立双侧卵巢切除(OVX)大鼠模型,并在体内通过尾静脉给予miR-381-3p antagomir。通过评估血清骨转换标志物(BALP、PINP和CTX-1)、苏木精-伊红(H&E)染色以及成骨细胞分化生物标志物的表达来评估大鼠的病理变化。此外,利用从OVX诱导的大鼠中分离的骨髓间充质干细胞(OVX-BMMSCs)来探讨miR-381-3p对成骨细胞分化的影响。另外,在体内和体外进一步研究了miR-381-3p的靶基因和下游通路。结果:在OVX大鼠中,miR-381-3p表达升高,而KLF5受抑制。miR-381-3p antagomir降低了OVX大鼠血清骨转换标志物水平,改善了骨小梁分离,促进了成骨细胞分化生物标志物的表达。在OVX-BMMSCs成骨分化过程中,miR-381-3p过表达抑制了ALP活性和矿化,并阻碍了成骨细胞分化生物标志物的水平。而抑制miR-381-3p后结果相反。miR-381-3p靶向KLF5,负向影响其表达及其下游Wnt/β-catenin通路,在体内和体外均如此。沉默KLF5恢复了由miR-381-3p antagomir诱导的Wnt/β-catenin激活。结论:miR-381-3p通过靶向KLF5/Wnt/β-catenin通路抑制成骨分化从而加重PMOP。miR-381-3p似乎是PMOP治疗干预的有希望的候选靶点。

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
miR-381-3p在绝经后骨质疏松症(PMOP)中是否发挥作用及其分子机制
核心机制
miR-381-3p直接靶向KLF5,抑制其表达,进而失活Wnt/β-catenin信号通路,从而抑制成骨分化,加重骨质疏松
主要证据
OVX大鼠模型和OVX-BMMSCs中,miR-381-3p过表达抑制ALP活性、矿化和成骨标志物表达;miR-381-3p antagomir改善骨丢失并促进成骨分化;双荧光素酶报告实验证实miR-381-3p直接结合KLF5 3'UTR;KLF5敲低逆转了miR-381-3p antagomir对Wnt/β-catenin通路的激活
研究意义
miR-381-3p可能是PMOP治疗干预的有希望的候选靶点

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

建立OVX大鼠骨质疏松模型并评估miR-381-3p antagomir的体内效应

验证miR-381-3p在体内对骨质疏松和成骨分化的影响

对雌性SD大鼠进行双侧卵巢切除建立骨质疏松模型,通过尾静脉注射miR-381-3p antagomir,检测血清骨转换标志物(BALP、PINP、CTX-1)、H&E染色评估骨小梁面积,以及qRT-PCR和Western blot检测成骨分化标志物(Runx2、Alp、Col1a1、Ocn)的表达。

2

分离并鉴定OVX大鼠骨髓间充质干细胞

获取用于体外实验的OVX-BMMSCs并验证其干性

从OVX大鼠胫骨和股骨中分离BMMSCs,培养于含10% FBS的α-MEM中,通过流式细胞术检测表面标志物CD34、CD45、CD29、CD44进行鉴定。

3

体外成骨分化诱导及miR-381-3p功能验证

探究miR-381-3p对OVX-BMMSCs成骨分化的影响

将OVX-BMMSCs在成骨分化培养基中诱导培养,转染miR-381-3p agomir或antagomir,检测ALP活性、茜素红染色矿化、成骨标志物mRNA和蛋白表达。

4

验证miR-381-3p的直接靶基因KLF5

确认miR-381-3p是否直接靶向KLF5

通过生物信息学预测和双荧光素酶报告实验验证miR-381-3p与KLF5的直接结合,并检测体内外KLF5的表达水平。

5

验证miR-381-3p通过KLF5调控Wnt/β-catenin通路

探究miR-381-3p是否通过靶向KLF5影响Wnt/β-catenin通路

Western blot检测Wnt3a、β-catenin和c-Myc蛋白水平,并通过KLF5敲低实验验证其对miR-381-3p antagomir效应的逆转作用。

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
BALP ELISA试剂盒mlbioml003415
PINP ELISA试剂盒mlbioml038224
CTX-1 ELISA试剂盒mlbioml003410
α-MEM培养基----
胎牛血清----
青霉素/链霉素----
抗CD34抗体(FITC标记)InvitrogenMA1-10204
抗CD45抗体(PE标记)InvitrogenMA5-17425
抗CD29抗体(PE标记)eBioscience12-0291-82
抗CD44抗体(FITC标记)InvitrogenMA5-17522
地塞米松----
抗坏血酸----
β-甘油磷酸----
Lipofectamine 3000转染试剂Invitrogen--
ALP检测试剂盒Beyotime--
细胞裂解液BeyotimeP0013J
茜素红S溶液Solarbio--
TRNzol Universal试剂TIANGEN--
miRNA qPCR检测试剂盒CWBIO--
miRNA cDNA合成试剂盒CWBIO--
FastKing-RT SuperMix逆转录试剂TIANGEN--
SYBR Green PCR预混液Thermo Fisher Scientific--
RIPA裂解液Solarbio--
BCA蛋白定量试剂盒Solarbio--
PVDF膜----
脱脂牛奶----
抗Runx2抗体Cell Signaling Technology12556
抗Col1a1抗体Cell Signaling Technology91144
抗Alp抗体Santa Cruz Biotechnologysc-365765
抗KLF5抗体Proteintech21017-1-AP
抗β-catenin抗体Cell Signaling Technology9562
抗c-Myc抗体Cell Signaling Technology18583
抗GAPDH抗体Cell Signaling Technology2118
山羊抗兔IgG H&L(HRP)二抗Bioss--
pmirGLO载体Promega--
荧光素酶检测系统试剂盒Promega--

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
动物模型建立与处理
大鼠品系、年龄、性别;OVX手术方式;antagomir给药剂量、体积、途径、频率和持续时间
阅读提示:Materials and methods: Animal model establishment and treatment
血清生化标志物检测
血清样本制备离心条件;ELISA试剂盒的货号和品牌
阅读提示:Materials and methods: Serum biochemical marker analysis
BMMSCs分离与鉴定
BMMSCs分离来源、培养条件、传代代数;流式鉴定使用的抗体及其荧光标记
阅读提示:Materials and methods: BMMSCs isolation and identification
成骨分化诱导与转染
成骨分化培养基成分;诱导起始时间;转染试剂的浓度和使用步骤;质粒用量
阅读提示:Materials and methods: Osteoblast differentiation induction and transfection
ALP活性与矿化检测
检测时间点(诱导后days);裂解液使用;检测方法
阅读提示:Materials and methods: ALP activity assay and alizarin red staining
qRT-PCR
RNA提取试剂;cDNA合成试剂;qPCR试剂;内参基因;引物序列
阅读提示:Materials and methods: RNA isolation and real-time PCR; Table 1
Western blot
蛋白提取方法;抗体稀释比例和品牌货号;内参蛋白
阅读提示:Materials and methods: Western blot
双荧光素酶报告实验
报告质粒种类;共转染的miRNA mimics浓度;检测时间
阅读提示:Materials and methods: Dual-luciferase reporter analysis