成纤维细胞生长因子23通过自噬信号通路调控缺氧诱导的成骨细胞凋亡

Fibroblast growth factor 23 regulates hypoxia‑induced osteoblast apoptosis through the autophagy‑signaling pathway.

作者信息Qipu Yin, Hongxia Yang, Lun Fang, Qi Wu, Shan Gao, Yadi Wu, Lu Zhou
PMID37711045
发布时间2023-11
DOI10.3892/mmr.2023.13086

实验完整度

体外细胞实验验证了FGF23对凋亡和自噬的影响,并通过双荧光素酶报告实验验证了miR-17-5p靶向关系,但缺乏体内模型和机制深入验证。

主要模型

原代成骨细胞 MC3T3-E1细胞系

重点核对

缺氧处理4小时 质粒转染(FGF23过表达、si-FGF23、miR-17-5p inhibitor) 细胞分组(NC、con、EV、FGF23、si-FGF23) MTT法检测细胞活力 流式细胞术检测凋亡率

摘要

缺氧可导致成骨细胞程序性死亡。预防缺氧引起的成骨细胞凋亡对于骨坏死发生和发展的研究具有重要意义。本研究旨在探讨成纤维细胞生长因子23(FGF23)对原代成骨细胞和MC3T3-E1成骨细胞缺氧诱导凋亡的影响及其机制。用携带FGF23基因的质粒转染细胞,建立缺氧诱导的细胞凋亡模型。采用逆转录定量PCR(RT-qPCR)检测FGF23 mRNA水平,western blotting检测蛋白水平。采用MTT法、荧光素二乙酸酯和溴化乙锭染色、流式细胞术分析细胞凋亡,采用RT-qPCR和western blotting验证凋亡和自噬相关基因mRNA和蛋白水平。利用StarBase数据库和TargetScan数据库以及荧光素酶报告实验证实了miR-17-5p与FGF23之间的靶向关系。FGF23降低细胞存活率并增加凋亡率。促凋亡基因Bax、caspase-3和caspase-9的mRNA和蛋白表达增加,而抗凋亡基因Bcl-2的表达降低。自噬相关蛋白beclin-1、微管相关蛋白1轻链3-II(LC3-II)的表达以及LC3-II/LC3-I比值显著升高。此外,荧光素酶报告实验证实FGF23直接调控microRNA(miR)-17-5p。FGF23沉默的作用被miR-17-5p抑制逆转。FGF23可能通过靶向miR-17-5p经自噬信号通路调控缺氧诱导的成骨细胞凋亡。这为FGF23作为股骨头坏死潜在治疗靶点提供了理论基础。

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
FGF23是否以及如何通过自噬信号通路调控缺氧诱导的成骨细胞凋亡?
核心机制
FGF23通过靶向miR-17-5p激活自噬信号通路,促进缺氧诱导的成骨细胞凋亡。
主要证据
体外细胞实验显示FGF23过表达增加凋亡和自噬标志物,FGF23沉默减轻凋亡,且miR-17-5p抑制剂逆转FGF23沉默的效果;双荧光素酶报告实验证实FGF23直接靶向miR-17-5p。
研究意义
为股骨头坏死等骨科疾病的临床预防和治疗提供理论基础和潜在靶点。

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

建立缺氧诱导的成骨细胞凋亡模型

确定缺氧对成骨细胞FGF23表达的影响及最佳缺氧时间

原代成骨细胞和MC3T3-E1细胞在缺氧条件下培养不同时间(0, 2, 4, 6, 8, 12小时),通过Western blotting和RT-qPCR检测FGF23蛋白和mRNA表达。

2

FGF23转染和分组

构建FGF23过表达和沉默的细胞模型,以评估其对凋亡和自噬的影响

使用Lipofectamine 2000将FGF23过表达质粒、si-FGF23质粒、空载体质粒转染入细胞,并设置对照组。

3

检测细胞活力和凋亡

评估FGF23对缺氧诱导的成骨细胞凋亡的影响

通过MTT法检测细胞活力,通过caspase-3活性检测、流式细胞术和FDA/EB染色评估凋亡。

4

检测自噬水平

检测FGF23对缺氧诱导的成骨细胞自噬的影响

通过MDC染色观察自噬小体,通过Western blotting和RT-qPCR检测自噬相关蛋白(Beclin-1、LC3)和mRNA表达。

5

验证FGF23与miR-17-5p的靶向关系

验证FGF23是否直接靶向miR-17-5p

使用TargetScan和StarBase数据库预测结合位点,然后进行双荧光素酶报告基因实验。

6

验证miR-17-5p抑制剂对FGF23沉默效应的逆转

验证miR-17-5p是否介导FGF23对凋亡和自噬的作用

在MC3T3-E1细胞中共转染si-FGF23和miR-17-5p抑制剂,检测凋亡和自噬相关蛋白和mRNA。

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
DMEM培养基GibcoC11995500BT
胎牛血清Biological Industries04-001-1ACS
青霉素-链霉素MilliporeSigma--
胰蛋白酶MilliporeSigma--
II型胶原酶MilliporeSigma--
Lipofectamine 2000转染试剂Invitrogen11668019
siRNA-FGF23质粒Hanbio Biotechnology Co., Ltd.--
空载体质粒Hanbio Biotechnology Co., Ltd.--
FGF23过表达质粒Hanbio Biotechnology Co., Ltd.--
miR-17-5p抑制剂Hanbio Biotechnology Co., Ltd.--
MTT溶液Beijing BiotuodaTop0191T
Caspase-3蛋白活化检测试剂盒Nanjing KeyGen Biotech Co., Ltd.--
Annexin V-FITC/PI试剂盒US Everbright Inc.--
CytoFLEX流式细胞仪Beckman Coulter--
荧光素二乙酸酯和溴化乙锭MilliporeSigma--
细胞自噬染色检测试剂盒Beyotime Institute of BiotechnologyC3018S
RNA提取试剂盒BioFluxBSC52M1
逆转录试剂盒BioFluxBSB07M2B
Hieff® qPCR SYBR Green Master MixShanghai Yeasen Biotechnology Co., Ltd.11184ES03
RIPA裂解液Beijing Solarbio Science & Technology Co., Ltd.R0010
BCA检测试剂盒Beijing Solarbio Science & Technology Co., Ltd.PC0020
PVDF膜MilliporeSigma--
HIF-1α抗体Cell Signaling Technology14179
Bax抗体Wuhan Servicebio Technology Co., Ltd.GB11007
Bcl-2抗体Santa Cruz Biotechnologysc-492
caspase-3抗体Santa Cruz Biotechnologysc-7148
caspase-9抗体Cell Signaling Technology9504
LC3B抗体Cell Signaling Technology3868
LC3A抗体Cell Signaling Technology4599
Beclin-1抗体Cell Signaling Technology3738
β-actin抗体Wuhan Servicebio Technology Co., Ltd.GB15001
吐温20Beyotime Institute of BiotechnologyST673
山羊抗小鼠IgGWuhan Servicebio Technology Co., Ltd.GB23301
山羊抗兔IgGWuhan Servicebio Technology Co., Ltd.GB23303
ECL试剂盒New Cell & Molecular Biotech Co., Ltd.P10200
pGL3荧光素酶报告质粒Invitrogen--
双荧光素酶试剂盒PromegaE1910

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
细胞培养
原代成骨细胞和MC3T3-E1细胞的来源和培养条件(DMEM+10% FBS+1%青霉素-链霉素,37°C,5% CO2)
阅读提示:Materials and methods, Cell culture
缺氧模型
缺氧条件:5% CO2和95% N2,处理时间4小时
阅读提示:Materials and methods, Cell model and grouping; Results, Fig. 1
转染
质粒和miRNA inhibitor的序列、浓度(4 μg/孔)、转染试剂(Lipofectamine 2000)和转染时间(6小时)
阅读提示:Materials and methods, Transfection
细胞活力检测
MTT浓度(5 mg/ml)、孵育时间(4小时)、检测波长(490 nm)
阅读提示:Materials and methods, MTT assay
凋亡检测
流式细胞术和FDA/EB染色的具体步骤和条件
阅读提示:Materials and methods, Flow cytometry; FDA/EB staining
自噬检测
MDC染色浓度和孵育时间
阅读提示:Materials and methods, Autophagy staining assay