钙周期素(S100A6)通过PI3K/AKT通路减轻骨关节炎炎症反应并介导软骨细胞凋亡

Calcyclin (S100A6) Attenuates Inflammatory Response and Mediates Apoptosis of Chondrocytes in Osteoarthritis via the PI3K/AKT Pathway.

作者信息Xiao-Fei Zhang, Jian-Xiong Ma, Yuan-Lin Wang, Xin-Long Ma
PMID33942537
发布时间2021-05
DOI10.1111/os.12990

实验完整度

体外细胞实验(大鼠软骨细胞IL-1β诱导OA模型)验证了S100A6对炎症因子和凋亡的影响,并通过通路抑制剂/激活剂进行机制验证。

主要模型

大鼠软骨细胞CP-R092 IL-1β诱导的骨关节炎体外细胞模型

重点核对

IL-1β诱导浓度10 ng/mL,处理时间24 h S100A6过表达和敲低使用腺病毒转染,空载体作为对照 Caspase-3活性测定和TUNEL染色用于评估凋亡 PI3K/AKT通路抑制剂LY294002(10 μM)和激活剂IGF-1(100 ng/mL)处理24 h

摘要

目的:阐明Calcyclin(S100A6)对软骨细胞凋亡的调节作用及其与骨关节炎进展的关系,以探索骨关节炎的潜在治疗靶点。方法:采用免疫荧光法鉴定大鼠软骨细胞样本,Western blot检测对照组与白介素‐1β诱导的骨关节炎模型中S100A6的表达变化。体外将腺病毒转染至软骨细胞以调节S100A6的表达。通过RT‐PCR检测S100A6对骨关节炎炎症反应的影响。此外,进行Caspase‐3活性测定和TUNEL实验评估凋亡变化。另外,采用RT‐PCR和Western blot验证S100A6介导PI3K/AKT信号通路。通过使用通路调节剂,我们检测到S100A6通过介导PI3K/AKT通路发挥作用。结果:我们确定S100A6在骨关节炎模型中表达降低,与对照组相比,骨关节炎模型中的相对表达水平约为0.5倍。通过腺病毒转染,我们发现骨关节炎的炎症因子(白细胞介素‐6和基质金属蛋白酶‐13)与S100A6表达呈负相关。当S100A6上调时,白细胞介素‐6和基质金属蛋白酶‐13的相对表达水平分别为1.534和1.259,而当S100A6下调时,其值分别高达2.445和2.074。此外,数据证实当S100A6上调时细胞凋亡减少,下调时细胞凋亡被激活,Caspase‐3活性分别为16.512 U/μg和24.45 U/μg。TUNEL实验也显示了类似的结果,凋亡指数分别为4.46%和31.44%。此外,聚合酶链式反应和Western blot结果均表明,当S100A6上调时,PI3K和AKT的表达水平升高;相反,当S100A6下调时,这两个信号模块的表达水平降低。更重要的是,PI3K/AKT通路抑制剂和激活剂(LY294002和IGF‐1)可以抵消S100A6触发的细胞凋亡,Caspase‐3活性和凋亡指数的值变得接近未处理的骨关节炎组。本研究的实验结果具有统计学意义。结论:我们研究了Calcyclin(S100A6)通过PI3K/AKT通路减轻炎症并介导软骨细胞凋亡,并证实S100A6可能是一个有吸引力的治疗靶点。

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
S100A6在骨关节炎中对软骨细胞凋亡的调节作用及其机制是否通过PI3K/AKT信号通路介导?
核心机制
S100A6通过上调PI3K/AKT信号通路中PI3K和AKT的表达,抑制软骨细胞凋亡;下调则降低PI3K/AKT表达,促进凋亡。
主要证据
大鼠软骨细胞OA模型中,S100A6表达下降;腺病毒过表达S100A6降低IL-6和MMP-13水平及凋亡,敲低则相反;PI3K/AKT抑制剂和激活剂可抵消S100A6引起的凋亡变化(Caspase-3活性和TUNEL检测)。
研究意义
S100A6可能作为骨关节炎的潜在治疗靶点,但需要更多体内研究及PI3K/AKT下游分支机制的深入探索。

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

软骨细胞培养与OA模型建立

获得大鼠软骨细胞并建立骨关节炎体外模型

大鼠软骨细胞在DMEM培养基中培养,使用IL-1β(10 ng/mL)处理24 h诱导OA模型。

2

S100A6表达调控

通过腺病毒转染调节S100A6表达,观察其功能

使用携带S100A6基因或siRNA的腺病毒转染软骨细胞,空载体作为对照。

3

炎症因子检测

检测S100A6对OA炎症因子IL-6和MMP-13表达的影响

通过RT-PCR检测IL-6和MMP-13的mRNA水平。

4

细胞凋亡检测

评估S100A6对软骨细胞凋亡的影响

Caspase-3活性测定检测早期凋亡,TUNEL染色检测晚期凋亡,计算凋亡指数。

5

PI3K/AKT通路验证

验证S100A6是否通过PI3K/AKT信号通路介导凋亡

RT-PCR和Western blot检测PI3K、AKT表达及磷酸化水平;使用LY294002和IGF-1干预观察凋亡变化。

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

产品清单

实验环节名称品牌货号
杜氏改良Eagle培养基Gibco--
胎牛血清Gibco--
青霉素和链霉素Gibco--
白细胞介素-1β----
LY294002----
胰岛素样生长因子-1----
脂质体转染试剂2000Invitrogen11668-019
兔抗II型胶原多克隆抗体BACAMab34712
CY3标记亲和纯化山羊抗兔IgGBosterBA1032
4',6-二脒基-2-苯基吲哚BeyotimeC1002
荧光显微镜OlympusBX53
TRIzol试剂Ambion15596-026
BCA蛋白测定试剂盒BeyotimeP0010
PVDF膜Bio-Rad--
兔抗PI3K多克隆抗体BACAMAb182651
兔抗AKT1单克隆抗体BACAMAb81283
兔抗S100 alpha 6单克隆抗体BACAMAb181975
辣根过氧化物酶标记亲和纯化山羊抗兔IgGBosterBA1054
QuantStudio 6 Flex实时荧光定量PCR系统Thermo Fisher Scientific--
Caspase-3活性检测试剂盒Nanjing Jiancheng Bioengineer InstituteG015-1
TUNEL BrightRed凋亡检测试剂盒VazymeA113-03
GraphPad Prism 8.0软件GraphPad Software, Inc.--

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
OA模型建立
IL-1β浓度10 ng/mL,处理24 h
阅读提示:见Materials and Methods 'Cell Culture and IL-1β Induced OA Model'
S100A6表达调控
腺病毒转染(AdS100A6/AdsiS100A6),空载体对照,孵育24 h
阅读提示:见Materials and Methods 'In vitro Adenovirus Transfection was Used to Regulate the Expression of S100A6'
炎症因子检测
RT-PCR检测IL-6和MMP-13 mRNA水平
阅读提示:见Materials and Methods 'RT-PCR Assay Detected the Expression of S100A6, IL-6, MMP13, PI3K and AKT'
凋亡检测
Caspase-3活性测定和TUNEL染色
阅读提示:见Materials and Methods 'Caspase-3 Activity Assay Tested the Early Stage of Apoptosis Activity' 和 'TUNEL Staining Reflected the Late Stage of Apoptosis Activity'
通路验证
LY294002(10 μM)和IGF-1(100 ng/mL)处理24 h以阻断或激活PI3K/AKT通路
阅读提示:见Figure legends 3和Materials and Methods 'Cell Culture and IL-1β Induced OA Model'