地塞米松通过ROS介导的氧化应激诱导激素性股骨头坏死中骨细胞凋亡

Dexamethasone Induced Osteocyte Apoptosis in Steroid-Induced Femoral Head Osteonecrosis through ROS-Mediated Oxidative Stress.

作者信息Xinglong Zhang, Zhenhuan Yang, Qian Xu, Chunlei Xu, Wei Shi, Ran Pang, Kai Zhang, Xinyu Liang, Hui Li, Zhijun Li, Huafeng Zhang
PMID38384174
发布时间2024-03
DOI10.1111/os.14010

实验完整度

包含患者样本、大鼠模型和MLO-Y4细胞实验三个独立证据层级,并使用TUNEL、8-OHdG、CCK-8、DCFH-DA、Western blot等进行了功能验证和机制验证。

主要模型

SINFH患者股骨头样本 Dex诱导的SD大鼠SINFH模型 MLO-Y4骨细胞系

重点核对

Dex剂量:21 mg/kg/天,肌肉注射,连续4周(大鼠) NAC剂量:150 mg/kg/天,腹腔注射(大鼠) DPI剂量:1 mg/kg/天,皮下注射(大鼠) MLO-Y4细胞Dex处理浓度:1 μM,处理24小时 NAC和DPI体外浓度:5 mM NAC,1 nM DPI

摘要

目的 糖皮质激素(GC)的过度使用与激素性股骨头坏死(SINFH)密切相关。然而,SINFH的潜在机制仍不清楚。本研究旨在探讨地塞米松(Dex)诱导的氧化应激对骨细胞凋亡的影响及其潜在机制。 方法 本研究纳入10例SINFH患者和10例发育性髋关节发育不良(DDH)患者。60只大鼠随机分为对照组、Dex组、Dex+N-乙酰-L-半胱氨酸(NAC)组、Dex+二苯碘鎓氯化物(DPI)组、NAC组和DPI组。使用磁共振成像(MRI)检查大鼠股骨头水肿。进行组织病理学染色评估骨坏死。采用TUNEL和8-OHdG免疫荧光染色评估骨细胞凋亡和氧化损伤。进行免疫组织化学染色检测NOX1、NOX2和NOX4的表达。使用CCK-8法和TUNEL染色测量MLO-Y4细胞的活力和凋亡。进行8-OHdG染色检测氧化应激。进行2',7'-二氯二氢荧光素二乙酸酯(DCFH-DA)染色测量活性氧(ROS)。通过Western blotting分析MLO-Y4细胞中NOX1、NOX2和NOX4的表达。使用单因素方差分析(ANOVA)进行多重比较。 结果 在患者和大鼠模型中,苏木精-伊红(HE)染色显示SINFH组的空骨陷窝率显著高于DDH组。免疫荧光染色显示,与DDH组相比,SINFH组TUNEL阳性细胞和8-OHdG阳性细胞显著增加。免疫组织化学染色显示,与DDH患者相比,SINFH患者中NOX1、NOX2和NOX4蛋白的表达显著增加。此外,免疫组织化学染色显示,与对照组相比,大鼠股骨头中NOX2阳性细胞的比例显著增加。在体外,Dex显著抑制骨细胞的活力并诱导凋亡。Dex处理后,细胞内ROS水平升高。然而,Dex处理在体外并未改变NOX蛋白的表达。此外,NAC和DPI在体内和体外均抑制了细胞内ROS的产生,并部分减轻了骨细胞凋亡。 结论 本研究证明,GC通过ROS诱导的氧化应激促进骨细胞凋亡。此外,我们发现GC诱导的NOXs表达增加是ROS产生的重要来源。 摘要 糖皮质激素(GC)的过度使用与激素性股骨头坏死(SINFH)相关。在SINFH的发展过程中,Dex通过ROS介导的氧化应激诱导骨细胞凋亡。Dex诱导的NOX是ROS产生的重要来源。

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
糖皮质激素(GC)是否通过ROS介导的氧化应激诱导骨细胞凋亡,以及NOX是否作为ROS产生的重要来源。
核心机制
GC(地塞米松)通过促进ROS产生诱导氧化应激,进而导致骨细胞凋亡;GC诱导的NOX(尤其是NOX2)是ROS产生的重要来源。
主要证据
在SINFH患者和大鼠模型中观察到骨细胞凋亡增加、ROS水平升高和NOX表达上调;体外实验中Dex抑制MLO-Y4细胞活力并诱导凋亡,同时增加ROS水平;抗氧化剂NAC和DPI可降低ROS并减轻凋亡。
研究意义
靶向氧化应激和抑制NOX蛋白表达可能作为SINFH的治疗或预防策略。

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

患者样本组织学分析

比较SINFH患者与DDH患者股骨头组织学差异,并评估骨细胞凋亡、氧化损伤及NOX表达。

收集10例SINFH和10例DDH患者的股骨头样本,进行HE染色观察空骨陷窝,TUNEL和8-OHdG免疫荧光染色检测凋亡和氧化损伤,免疫组化检测NOX1、NOX2、NOX4表达。

2

大鼠SINFH模型建立与评价

建立地塞米松诱导的SINFH大鼠模型,并评估抗氧化剂NAC和DPI对骨坏死的影响。

60只雄性SD大鼠随机分为6组(n=10):对照组、Dex组、Dex+NAC组、Dex+DPI组、NAC组、DPI组。Dex以21 mg/kg/天肌肉注射4周,NAC以150 mg/kg/天腹腔注射,DPI以1 mg/kg/天皮下注射。通过MRI T2WI观察股骨头水肿,HE染色评估骨坏死,TUNEL和8-OHdG染色检测凋亡和氧化应激,免疫组化检测NOX表达。

3

MLO-Y4细胞体外实验

验证Dex对骨细胞活力、凋亡、ROS水平及NOX表达的影响,并评估NAC和DPI的干预效果。

MLO-Y4细胞用1 μM Dex处理24小时,或预先用NAC(5 mM)或DPI(1 nM)处理30分钟。采用CCK-8法检测细胞活力,TUNEL染色检测凋亡,DCFH-DA探针结合流式细胞术检测ROS水平,Western blot检测NOX1、NOX2、NOX4蛋白表达。

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。

验证样本或模型特征
验证细胞功能变化
验证分子表达变化
验证氧化应激
数据分析与统计

产品清单

实验环节名称品牌货号
达尔伯克改良伊格尔培养基GIBCO--
胎牛血清GIBCO--
青霉素-链霉素GIBCO--
地塞米松----
N-乙酰-L-半胱氨酸Sigma-AldrichA0150000
二苯碘鎓氯化物Santa Cruz Biotech1483-72-3
NOX1抗体InvitrogenPA5-79752
NOX2抗体InvitrogenPA5-72435
NOX4抗体InvitrogenMA5-32090
8-OHdG抗体Abcamab62623
TUNEL检测试剂盒BeyotimeC1090
DCFH-DA----
GAPDH抗体Invitrogen--
裂解缓冲液Solarbio Biotech--
9.3T磁共振成像仪Bruker--
蔡司显微镜Carl Zeiss--

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
患者样本收集
患者分组标准、样本量(SINFH 10例,DDH 10例)、脱钙时间(6-8周)
阅读提示:Materials and Methods: Harvesting and Processing of Human Femoral Head Specimens
动物模型建立
大鼠品系、周龄、体重、分组(每组10只)、Dex剂量和给药方式(21 mg/kg/天,肌肉注射,4周)、NAC剂量和给药方式(150 mg/kg/天,腹腔注射)、DPI剂量和给药方式(1 mg/kg/天,皮下注射)
阅读提示:Materials and Methods: Animal Studies
细胞培养和处理
MLO-Y4细胞培养条件(DMEM+10% FBS+1%青霉素-链霉素,37°C,5% CO2)、Dex浓度(1 μM,24小时)、NAC预处理浓度(5 mM,30分钟)、DPI预处理浓度(1 nM,30分钟)
阅读提示:Materials and Methods: Cell Culture, Results: Dex Inhibited MLO-Y4 Viability and Induced Apoptosis of MLO-Y4 Cells
检测方法和指标
TUNEL染色定量方法(每张切片5个随机视野,3张切片/大鼠)、免疫组化抗体稀释度(NOX1 1:200, NOX2 1:200, NOX4 1:400)、Western blot抗体稀释度(NOX1 1:1000, NOX2 1:1000, NOX4 1:2000, GAPDH 1:1000)
阅读提示:Materials and Methods: Immunofluorescence Staining, Immunohistochemical Staining, Western Blotting