原儿茶酸通过抑制破骨细胞生成减轻前交叉韧带横断诱导的骨关节炎

Protocatechuic acid attenuates anterior cruciate ligament transection-induced osteoarthritis by suppressing osteoclastogenesis.

作者信息Jialin Zhang, Bin Fu, Xiaolei Chen, Desheng Chen, Hao Yang
PMID31853294
发布时间2020-01
DOI10.3892/etm.2019.8189

实验完整度

高

包含体内大鼠ACLT模型和体外RAW264.7细胞实验,结合ELISA、组织染色、RT-qPCR、western blot、TRAP染色和骨吸收陷窝实验,并验证了信号通路机制。

主要模型

Wistar大鼠ACLT诱导OA模型 RAW264.7小鼠巨噬细胞

重点核对

PCA给药剂量:50 mg/kg,每日灌胃,持续4周 ACLT手术及假手术组设置 RANKL浓度:100 ng/ml诱导破骨细胞分化 PCA处理浓度:8 mM,预处理2小时 检测时间点:术后0、1、2、4周

摘要

骨关节炎(OA)与破骨细胞的过度增殖或分化有关。尽管原儿茶酸(PCA)已被鉴定能抑制破骨细胞分化并刺激成熟破骨细胞凋亡,但其是否能缓解OA仍未知。本研究旨在探讨PCA对前交叉韧带横断(ACLT)诱导的OA的作用及其潜在机制。对大鼠进行ACLT手术,然后给予或不给予PCA处理。通过ELISA检测膝关节蛋白提取物中的I型胶原C端肽(CTX-I)和II型胶原C端肽(CTX-II)。使用番红O/固绿染色评估软骨损伤。通过逆转录定量PCR和蛋白质印迹评估破骨细胞相关基因和蛋白的表达。使用RAW264.7小鼠巨噬细胞进行抗酒石酸酸性磷酸酶(TRAP)染色和功能性骨吸收陷窝实验,分别确定PCA对破骨细胞形成和功能的影响。最后,通过蛋白质印迹评估破骨细胞生成相关信号通路的活性。PCA处理组中CTX-II水平相对降低,番红O/固绿染色显示关节软骨变化较轻。PCA下调破骨细胞特异性标志物,并抑制核因子κB受体活化因子配体诱导的TRAP阳性多核细胞形成、骨吸收和陷窝形成。PCA下调了丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)和Akt信号及其下游因子。总之,本研究证明PCA通过抑制MAPK、Akt和NF-κB信号通路抑制破骨细胞生成,从而减轻ACLT诱导的OA。

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
原儿茶酸(PCA)是否能通过抑制破骨细胞生成减轻前交叉韧带横断(ACLT)诱导的骨关节炎(OA)?
核心机制
PCA通过抑制MAPK、Akt和NF-κB信号通路及其下游核因子(p65、c-Fos、NFATc1)的激活,从而抑制破骨细胞生成。
主要证据
体内大鼠ACLT模型中PCA降低CTX-II水平、改善软骨退化并下调破骨细胞相关基因和蛋白;体外RAW264.7细胞中PCA抑制RANKL诱导的破骨细胞分化和骨吸收功能,并下调信号通路磷酸化水平。
研究意义
PCA可能作为治疗OA及其他破骨细胞过度分化和激活相关疾病的潜在新疗法。

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

建立ACLT诱导OA大鼠模型及分组给药

构建OA模型并评估PCA的体内治疗效果

对72只雄性Wistar大鼠进行ACLT手术或假手术,分为三组:假手术组、ACLT组、ACLT+PCA组,PCA组每日灌胃50 mg/kg PCA共4周。术后0、1、2、4周取材。

2

检测关节软骨损伤和胶原降解标志物

评估PCA对OA软骨损伤和胶原降解的影响

ELISA检测膝关节蛋白提取物中CTX-I和CTX-II水平;番红O/固绿染色观察关节软骨退变程度。

3

检测破骨细胞相关基因和蛋白表达

评估PCA对体内破骨细胞活性的影响

RT-qPCR检测c-Src、β3-integrin、MMP-9和IL-6的mRNA表达;western blot检测CTX-I、CTX-II、c-Src和IL-6蛋白水平。

4

体外验证PCA对破骨细胞分化的影响

评估PCA对RANKL诱导的破骨细胞形成的影响

RAW264.7细胞用PCA预处理2小时,然后用RANKL(100 ng/ml)处理4天,进行TRAP染色并计数TRAP阳性多核细胞。

5

体外验证PCA对破骨细胞骨吸收功能的影响

评估PCA对破骨细胞骨吸收活性的影响

RAW264.7细胞种植于骨板,PCA预处理后加RANKL,培养5天,观察骨吸收陷窝面积和数量。

6

检测信号通路蛋白磷酸化及核因子表达

探究PCA抑制破骨细胞生成的分子机制

western blot检测MAPK(ERK、p38、JNK)、Akt的磷酸化水平及NF-κB p65、c-Fos、NFATc1的表达。

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
乙酰丙嗪----
原儿茶酸----
大鼠I型胶原C端肽ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-R1456
大鼠II型胶原C端肽ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-R2554
TRIzol试剂Invitrogen; Thermo Fisher Scientific--
SuperScript反转录试剂盒Thermo Fisher Scientific--
SYBR Green PCR预混液Thermo Fisher Scientific--
α-MEM培养基Sigma-Aldrich; Merck KGaA--
胎牛血清Dalian Meilun Biology Technology Co., Ltd.--
NF-κB受体活化因子配体----
RIPA裂解液Sangon Biotech Co., Ltd.--
核提取试剂盒AbcamAb113474
抗CTX-I抗体Wuhan Uscn Business Co., Ltd.CEA665Ra
抗CTX-II抗体Wuhan Uscn Business Co., Ltd.CEA686Ra
抗MAPK抗体Abcamab151279
抗Akt抗体Abcamab151279
抗磷酸化Akt抗体Abcamab38449
抗COX-2抗体Abcamab179800
抗NFATc1抗体Abcamab207215
抗Lamin A/C抗体Abcamab108922
抗β-actin抗体Abcamab8226
抗c-Src抗体Abcamab207462
抗IL-6抗体Abcamab208113
抗NF-κB p65抗体Abcamab207297
山羊抗兔IgG(H+L)辣根过氧化物酶偶联物Beyotime Institute of BiotechnologyA2028
ECL化学发光检测系统Amersham; GE Healthcare--

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
动物模型建立与给药
动物品系、年龄、体重、饲养条件;ACLT手术步骤;PCA剂量(50 mg/kg)、给药途径(灌胃)、给药时长(4周);分组(假手术、ACLT、ACLT+PCA);术后取材时间点(0、1、2、4周)。
阅读提示:Materials and methods 中的 'Experimental animal model and drug treatment' 部分
ELISA检测CTX-I和CTX-II
ELISA试剂盒品牌和货号;蛋白提取方法;样本量。
阅读提示:Materials and methods 中的 'ELISA' 部分
组织学分析
固定液浓度和时间、脱钙液配方和时间、切片厚度和数量、染色方法。
阅读提示:Materials and methods 中的 'Specimen preparation and histological analysis' 部分
RT-qPCR
RNA提取方法、逆转录试剂盒、PCR条件(循环数、温度)、引物序列、内参GAPDH。
阅读提示:Materials and methods 中的 'Total RNA preparation and reverse transcription-quantitative PCR' 部分
TRAP染色和骨吸收陷窝实验
细胞系、细胞数量、培养条件、PCA浓度(8mM)、预处理时间(2h)、RANKL浓度(100ng/ml)及处理时间(4天或5天)。
阅读提示:Materials and methods 中的 'Tartrate-resistance acid phosphatase staining' 和 'Functional bone resorption pit assay' 部分
Western blot
细胞处理条件(PCA浓度、预处理时间、RANKL浓度及处理时间)、蛋白提取方法(RIPA或核提取试剂盒)、抗体稀释比例、内参抗体。
阅读提示:Materials and methods 中的 'Western blotting' 部分