17β-雌二醇通过激活p70 S6K1信号通路维持髓核细胞细胞外基质稳态

17β-estradiol maintains extracellular matrix homeostasis of nucleus pulposus cells by activating p70 S6K1 signaling pathway.

作者信息Tao Liu, Zhaohui Li, Wei Zhang, Xuzhao Guo, Guobin Liu, Dalong Yang, Sidong Yang
PMID40546320
发布时间2025-06-06
DOI10.3389/fcell.2025.1564458

实验完整度

包含体内大鼠IVDD模型和体外人髓核细胞实验,并涉及影像学、组织学、免疫组化、Western blot和免疫荧光等多层面验证,且包含功能验证(抑制剂)和机制验证。

主要模型

Sprague-Dawley大鼠尾椎IVDD模型(卵巢切除+针刺) 人髓核细胞系(Procell CP-H097)

重点核对

大鼠模型构建:双侧卵巢切除联合21G针穿刺Co7/8和Co8/9椎间盘,穿刺深度4.0mm,旋转180°,停留15秒 E2给药:皮下注射E2 10 μg/kg/天,溶于玉米油,持续4周 细胞处理:IL-1β 75 ng/mL处理24小时;E2 1 μM预处理30分钟;PF4708671 10 μM预处理30分钟 样本量:体内每组5只大鼠;体外每组3个重复 检测指标:DHI、MRI信号强度、组织学评分、p70 S6K1/p-S6、MMP3、Aggrecan、Collagen II、cleaved caspase-3

摘要

背景 雌激素可以通过PI3K/AKT/mTOR信号通路抑制髓核细胞(NPCs)的凋亡。然而,mTOR信号通路的下游仍然不清楚。本研究探讨17β-雌二醇(E2)通过mTOR下游的p70 S6K1信号通路对椎间盘退变(IVDD)的影响。 方法 通过针刺和双侧卵巢切除术建立大鼠IVDD模型。将15只Sprague-Dawley大鼠随机分为以下三组:(A)假手术组(Sham);(B)双侧卵巢切除、21G针穿刺并注射载体(OVX+veh);(C)双侧卵巢切除、21G针穿刺、补充E2(OVX+E2)。通过X射线、磁共振成像(MRI)、苏木精和伊红(H&E)以及Safranin O-Fast Green染色评估IVDD的程度。通过免疫组织化学(IHC)检测靶蛋白p70S6K1及其磷酸化产物的表达水平。最后,使用Western blot分析和免疫荧光染色研究E2对体外p70 S6K1信号通路的影响。 结果 组织学染色和放射学结果显示,补充E2改变了信号传导,提示其可能对IVDD具有保护作用。IHC显示,与Sham和OVX+E2组相比,OVX+veh组中p70 S6K1的水平显著升高,而其磷酸化产物(p-S6)的表达显著降低,提示E2可能通过激活mTOR下游的p70 S6K1信号通路来抑制IVDD。此外,细胞免疫荧光和Western blot显示,E2可以通过激活p70 S6K1信号通路来维持细胞外基质(ECM)平衡并抑制髓核细胞(NPCs)的凋亡。 结论 总之,17β-雌二醇通过激活mTOR下游的p70 S6K1信号通路,维持ECM稳态并抑制NPCs凋亡,从而缓解IVDD的进展。

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
17β-雌二醇(E2)是否通过mTOR下游的p70 S6K1信号通路抑制髓核细胞凋亡和维持细胞外基质稳态,从而缓解椎间盘退变(IVDD)?
核心机制
E2通过激活p70 S6K1信号通路(mTOR下游),下调MMP3和cleaved caspase-3的表达,上调Aggrecan和Collagen II的表达,从而抑制NPCs凋亡并维持ECM稳态。
主要证据
体内大鼠IVDD模型(卵巢切除+针刺)中,E2补充降低了p70 S6K1水平并增加p-S6水平,改善了ECM和组织学评分;体外IL-1β诱导的人NPCs模型中,E2增加p-S6K1和p-S6水平,上调Aggrecan和Collagen II,下调MMP3和cleaved caspase-3,且p70 S6K1抑制剂PF4708671可逆转这些效应。
研究意义
本研究揭示了E2通过p70 S6K1信号通路保护椎间盘的作用机制,为IVDD的治疗提供了潜在的分子靶点;但研究存在局限性,如未验证临床患者来源的人NPCs,仅使用卵巢切除大鼠,且未研究mTOR下游4E-BP1通路。

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

建立大鼠IVDD模型并评估E2的体内保护作用

验证E2是否能缓解卵巢切除联合针刺诱导的IVDD进展。

对Sprague-Dawley大鼠进行双侧卵巢切除和21G针穿刺尾椎Co7/8、Co8/9,构建IVDD模型,并给予E2或载体处理。4周后通过X射线、MRI、H&E、Safranin O-Fast Green染色和免疫组化评估IVDD程度和相关蛋白表达。

2

体外IL-1β诱导的人髓核细胞凋亡模型及E2作用

探究E2是否通过p70 S6K1信号通路抑制IL-1β诱导的NPCs凋亡和ECM降解。

人NPCs培养后分为对照组、IL-1β组、E2补充组和PF组(PF4708671预处理)。通过Western blot和免疫荧光检测p70 S6K1、p-S6K1、p-S6、MMP3、Aggrecan、Collagen II和cleaved caspase-3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
21G无菌针头----
17β-雌二醇Sigma-AldrichE8875
玉米油MCEHYY
HE染色试剂盒SolarbioG1120
番红O-固绿染色试剂盒SolarbioG1371
光学显微镜OlympusBX53F2
兔两步法检测试剂盒ZSBG-BIO--
p70 S6K1抗体Proteintech14485-1-AP
磷酸化S6 (Ser240/244)抗体Cell Signaling TechnologyD68F8
MMP3抗体Proteintech17873-1-AP
聚集蛋白聚糖抗体AffinityDF7561
II型胶原抗体AffinityAF0135
裂解的caspase-3抗体Cell Signaling Technology9661s
ImageJ软件----
人髓核细胞Procell Life Science & TechnologyCP-H097
DMEM/F12培养基Solarbio--
胎牛血清Gibco--
青霉素-链霉素Solarbio--
胰蛋白酶-EDTA----
白细胞介素-1βSigma-AldrichSRP3083
17β-雌二醇MCEHY-B0141
PF4708671MCEHY-15773
RIPA裂解液Solarbio--
蛋白酶抑制剂Solarbio--
磷酸酶抑制剂Solarbio--
BCA蛋白浓度测定试剂盒Pierce23225
PVDF膜----
无蛋白快速封闭液----
GADPH抗体AbwaysP04406
β-肌动蛋白抗体Proteintech0007907
ECL成像仪BIO-RADChemiDoc
驴血清Solarbio--
Alexa Fluor 555标记的驴抗兔IgG (H+L)BeyotimeA0453
DAPISolarbio--
共聚焦激光扫描显微镜Nikon--
X射线系统EpsonPerfection
MRI系统Agilent7
GraphPad Prism 8.2GraphPad Software--
MicroDicom查看器软件----

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
动物模型构建
大鼠品系、性别、年龄、体重;卵巢切除方法;针刺位置(Co7/8、Co8/9)、针型(21G)、穿刺深度(4.0mm)、旋转角度(180°)、停留时间(15秒)
阅读提示:Methods 2.2 IVDD models
E2给药方案
E2剂量(10 μg/kg/天)、给药途径(皮下注射)、溶剂(玉米油)、给药频率(每日)、处理时长(4周)
阅读提示:Methods 2.2 IVDD models
细胞培养和处理
细胞系来源(Procell CP-H097)、培养条件(DMEM/F12无酚红、10% FBS、37°C、5% CO2)、IL-1β浓度(75 ng/mL)、处理时间(24小时)、E2浓度(1 μM)、预处理时间(30分钟)、PF4708671浓度(10 μM)、预处理时间(30分钟)
阅读提示:Methods 2.6 Cell culture
Western blot关键参数
蛋白提取方法(RIPA+蛋白酶/磷酸酶抑制剂)、BCA定量、SDS-PAGE凝胶浓度(10-12%)、电泳电压(100V,70分钟)、转膜电流(400mA,50分钟)、一抗稀释比例、二抗孵育条件
阅读提示:Methods 2.7 Western blot analysis
免疫荧光关键参数
固定(4% PFA,15分钟)、封闭(5%驴血清,1小时)、一抗稀释比例、二抗(Alexa Fluor 555,1:500,2小时)、DAPI核染
阅读提示:Methods 2.8 Immunofluorescence staining