miR-150-5p通过靶向irisin调控p38/MAPK信号通路抑制骨髓间充质干细胞的成骨分化

mir-150-5p inhibits the osteogenic differentiation of bone marrow-derived mesenchymal stem cells by targeting irisin to regulate the p38/MAPK signaling pathway.

作者信息Jia-Long Qi, Zhi-Dong Zhang, Zhou Dong, Tao Shan, Zong-Sheng Yin
PMID38500202
发布时间2024-03-18
DOI10.1186/s13018-024-04671-6

实验完整度

包含体外细胞实验(BMSCs增殖、成骨分化、基因和蛋白表达)、荧光素酶报告基因验证靶向关系、体内动物模型(地塞米松诱导骨质疏松小鼠)及通路抑制剂回复实验,证据层级完整。

主要模型

小鼠BMSCs 地塞米松诱导的骨质疏松小鼠模型 293T细胞(用于慢病毒包装)

重点核对

BMSCs来源:C57BL/6小鼠(雄性,6周龄)胫骨和股骨分离 miR-150-5p转染试剂:Lipo3000(货号L300075) 成骨诱导:成骨诱导培养基(OIM,PD-003,Procell)处理15天 骨质疏松小鼠模型:皮下注射地塞米松40 mg/kg/天,持续4周 Irisin治疗:尾静脉注射重组irisin(120 ng/kg/周,持续8周)

摘要

目的:研究miR-150-5p对骨髓间充质干细胞(BMSCs)成骨分化的影响,并进一步探讨其调控机制与irisin之间的关系。方法:我们分离了小鼠BMSCs,并通过成骨诱导培养基诱导成骨分化。使用qPCR检测成骨分化相关基因的表达,Western blot检测成骨分化相关蛋白的表达,并使用荧光素酶报告系统验证FNDC5是miR-150-5p的靶基因。通过皮下注射地塞米松构建骨质疏松小鼠模型,并腹腔注射irisin进行治疗。结果:上调miR-150-5p抑制了BMSCs的增殖,并降低了骨钙素含量、ALP活性、钙沉积、成骨分化基因(Runx2、OSX、OCN、OPN、ALP和BMP2)和蛋白(BMP2、OCN和Runx2)的表达。而下调miR-150-5p对BMSCs成骨分化的作用与上调相反。荧光素酶报告基因检测结果显示,FNDC5基因是miR-150-5p的靶基因,miR-150-5p抑制了小鼠BMSCs中FNDC5的表达。在miR-150-5p和FNDC5共过表达的BMSCs中,成骨分化基因和蛋白的表达、骨钙素含量、ALP活性和钙沉积显著高于单独过表达miR-150-5p的BMSCs。此外,过表达FNDC5逆转了miR-150-5p过表达对BMSCs中p38/MAPK通路的阻断。Irisin是FNDC5基因编码的蛋白,通过腹腔注射改善了骨质疏松小鼠的症状,而p38/MAPK通路抑制剂减弱了irisin的这功能。结论:miR-150-5p通过靶向irisin调控p38/MAPK信号通路抑制BMSCs的成骨分化,miR-150-5p/irisin/p38通路是治疗骨质疏松的潜在靶点。

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-150-5p对BMSCs成骨分化的影响及其调控机制是否与irisin有关?
核心机制
miR-150-5p靶向抑制FNDC5/irisin表达,进而阻断p38/MAPK信号通路,抑制BMSCs成骨分化。
主要证据
过表达miR-150-5p抑制BMSCs增殖和成骨分化标志物(骨钙素、ALP、钙沉积及成骨基因蛋白),而敲低miR-150-5p则相反;荧光素酶报告实验验证FNDC5为miR-150-5p靶基因;过表达FNDC5可逆转miR-150-5p对成骨分化和p38/MAPK通路的抑制作用;体内实验中,irisin治疗可改善骨质疏松小鼠症状并上调成骨基因表达,而p38抑制剂SB203580减弱该效果。
研究意义
miR-150-5p/irisin/p38通路是治疗骨质疏松的潜在靶点。

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

BMSCs分离培养与鉴定

获得并确认用于后续实验的小鼠BMSCs。

从小鼠胫骨和股骨分离BMSCs,用完全培养基培养至第三代,通过流式细胞术检测表面标志物(CD29、CD90、CD34、CD45)进行鉴定。

2

miR-150-5p转染与成骨分化诱导

探究miR-150-5p表达水平变化对BMSCs增殖和成骨分化的影响。

将miR-NC、miR-150-5p mimic或inhibitor转染入BMSCs,随后用成骨诱导培养基(OIM)诱导成骨分化,检测细胞增殖、骨钙素含量、ALP活性、钙沉积及成骨基因和蛋白表达。

3

靶基因验证

验证FNDC5是否为miR-150-5p的直接靶基因。

利用TargetScanHuman预测miR-150-5p与FNDC5的结合位点,构建含野生型(WT)或突变型(MUT)FNDC5序列的荧光素酶报告载体,转染BMSCs后检测荧光素酶活性,并检测FNDC5的mRNA和蛋白表达。

4

FNDC5过表达回复实验

验证miR-150-5p对成骨分化的抑制作用是否通过下调FNDC5介导。

构建FNDC5过表达慢病毒(pLenti-EF1a-EGFP-P2A-Puro-CMV-MCS-3Flag载体),感染BMSCs(MOI=100),并与miR-150-5p mimic共转染,检测成骨分化相关指标和p38/MAPK通路蛋白表达。

5

体内动物实验

评估irisin(FNDC5编码蛋白)对骨质疏松小鼠的治疗作用及p38/MAPK通路在其中的角色。

通过皮下注射地塞米松构建骨质疏松小鼠模型,分为Healthy、OP、Irisin、Irisin+SB四组,Irisin组尾静脉注射重组irisin,Irisin+SB组同时给予p38抑制剂SB203580,治疗8周后检测血清指标、骨参数及成骨基因表达。

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
小鼠骨髓间充质干细胞培养基CyagenMUXMX-80,011
PBS缓冲液----
抗CD29抗体abcamab193591
抗CD90抗体abcamab226
抗CD34抗体abcamab187568
抗CD45抗体abcamab305209
Lipofectamine 3000转染试剂ThermoFisherL300075
miR-150-5p模拟物ThermoFisher4,464,066
miR-150-5p抑制剂ThermoFisherAM17000
CCK-8试剂YEASEN40203ES60
成骨分化诱导培养基试剂盒ProcellPD-003
小鼠骨钙素ELISA试剂盒Sangon BiotechD721126
碱性磷酸酶检测试剂盒Shanghai Lianmai Bioengineering Co., LtdLM-E800
钙检测试剂盒BeyotimeS1063S
RNAiso试剂TakaraD9108A
反转录试剂盒TakaraRR407A
qPCR预混液试剂盒PromegaA6006A
RIPA裂解液MCEHY-K1001
PVDF膜----
抗Runx2抗体abcamab192256
抗BMP2抗体abcamab284387
抗骨钙素抗体abcamab93876
抗FNDC5抗体abcamab174833
抗p38抗体Cell Signaling Technology9212
抗磷酸化p38抗体Cell Signaling Technology4511
山羊抗小鼠IgGCell Signaling Technology9116
山羊抗兔IgGCell Signaling Technology7074
ECL发光液Beijing Xinjingke Biotechnologies Co., LtdWBKLS0100
pLenti-EF1a-EGFP-P2A-Puro-CMV-MCS-3Flag慢病毒表达载体TestobioTSPLA10157
地塞米松----
重组鸢尾素MERCKSPR8039
SB203580(p38/MAPK抑制剂)ApexbioA8254
25-羟基维生素D(总)ELISA试剂盒Bio TNTMSE-800
小鼠骨钙素ELISA试剂盒abcamab285236
小鼠脱氧吡啶啉ELISA试剂盒ShangHai shifeng biological technology co., ltdSFJ20421
全自动生化分析仪mindrayBS280

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
BMSCs分离培养与鉴定
小鼠品系、性别、周龄;分离部位;培养基;培养条件;传代代数;鉴定标志物及阳性率。
阅读提示:详见Materials and methods 'Isolation, cultivation, and identification of BMSCs'及Figure 1
miR-150-5p转染与成骨分化诱导
转染试剂及用量;miRNA模拟物/抑制剂及用量;成骨诱导培养基及诱导时间;增殖检测时间点。
阅读提示:详见Materials and methods 'miRNA transfection into BMSCs', 'Cell proliferation assay'及Figure 1
成骨分化相关指标检测
检测时间(15天);骨钙素、ALP活性、钙沉积的检测试剂盒及操作步骤。
阅读提示:详见Materials and methods 'Determination of osteocalcin, ALP activity and calcium deposition'
靶基因验证
预测工具;荧光素酶报告载体构建(WT/MUT序列);转染条件;检测方法。
阅读提示:详见Materials and methods 'Real-time quantitative polymerase chain reaction', 'Western blot'及Figure 3
FNDC5过表达回复实验
慢病毒载体及包装细胞;感染MOI;共转染组合;成骨分化检测指标。
阅读提示:详见Materials and methods 'Over-expression of FNDC5'及Figure 4
体内动物实验
小鼠数量、分组;骨质疏松模型构建(地塞米松剂量、时间);Irisin和SB203580的给药方式、剂量、时间;检测指标及时间点。
阅读提示:详见Materials and methods 'Osteoporosis mice and treatment', 'Detection of serum Ca2+, 25(OH)D, osteocalcin and DPD'及Figure 6