成骨细胞Cxcl9表达增加导致绝经后骨质疏松症中骨形成与骨吸收的解偶联

Increased Osteoblastic Cxcl9 Contributes to the Uncoupled Bone Formation and Resorption in Postmenopausal Osteoporosis.

作者信息Zezheng Liu, Wenquan Liang, Dawei Kang, Qingjing Chen, Zhicong Ouyang, Huibo Yan, Bin Huang, Dadi Jin, Yinkui Chen, Qingchu Li
PMID32764906
发布时间2020-07-15
DOI10.2147/CIA.S254885

实验完整度

高

包括卵巢切除小鼠模型、体外成骨和破骨细胞培养、迁移和粘附实验、Western blot及信号通路拮抗剂验证等独立证据层级,并含功能验证和机制验证。

主要模型

12周龄雌性C57BL/6小鼠双侧卵巢切除术(OVX)骨质疏松模型 小鼠原代颅骨成骨细胞 小鼠骨髓来源破骨细胞前体(BMM)

重点核对

小鼠分组:Sham、OVX、OVX+Vehicle、OVX+Cxcl9抗体,每组n=5 抗Cxcl9注射剂量和频率:1μg/50 μL,隔日皮下注射,共2个月 破骨细胞分化条件:M-CSF 15 ng/mL 和 RANKL 75 ng/mL(或50 ng/mL M-CSF加100 ng/mL RANKL) CXCR3拮抗剂NBI-74,330或ERK拮抗剂SCH772984处理破骨细胞 统计分析:非配对双尾Student's t-test,显著性水平P < 0.05

摘要

引言:绝经后骨质疏松症中,雌激素缺乏导致骨丢失,因为骨形成虽然增强,但无法跟上受刺激的破骨细胞性骨吸收。驱动这种解偶联的机制是绝经后骨质疏松症发病机制的核心,然而仍了解甚少。我们之前发现成骨细胞分泌的Cxcl9抑制骨中的骨生成,而Cxcl9对破骨细胞性骨吸收和骨质疏松症的作用尚不清楚。材料与方法:通过双侧手术卵巢切除术(OVX)建立绝经后骨质疏松症小鼠模型。采用原位杂交检测骨中Cxcl9 mRNA表达。采用ELISA法评估骨和血清中Cxcl9浓度。通过中和抗体阻断Cxcl9活性。采用Micro-CT测定Cxcl9中和作用对骨结构的影响。采用细胞迁移和粘附实验评估Cxcl9对破骨细胞活性的影响。采用TRAP染色和Western blot评估破骨细胞分化。给予破骨细胞CXCR3拮抗剂NBI-74,330或ERK拮抗剂SCH772984,以研究Cxcl9对CXCR3/ERK信号传导的作用。结果:OVX小鼠骨中Cxcl9表达和分泌增加。骨髓中中和Cxcl9通过促进骨形成及抑制骨吸收防止了小鼠骨丢失。体外,成骨细胞分泌的Cxcl9促进破骨细胞前体粘附、迁移及分化为成熟破骨细胞。阻断破骨细胞中的CXCR3/ERK信号消除了成骨细胞Cxcl9对破骨细胞的正向作用。雌激素负向调节成骨细胞中Cxcl9的表达和分泌,这解释了OVX小鼠骨中Cxcl9浓度增加的原因。结论:我们的研究阐明了Cxcl9在骨质疏松骨中抑制骨形成和刺激骨吸收的作用,因此为治疗绝经后骨质疏松症提供了一个可能的治疗靶点。

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
雌激素缺乏是否通过上调成骨细胞分泌的Cxcl9,驱动骨形成与骨吸收的解偶联,从而导致绝经后骨质疏松?
核心机制
雌激素缺乏上调成骨细胞Cxcl9的表达和分泌,Cxcl9通过结合并激活破骨细胞上的CXCR3/ERK信号通路,促进破骨细胞粘附、迁移和分化,同时抑制骨形成,导致骨丢失。
主要证据
OVX小鼠骨中Cxcl9表达和分泌增加;中和Cxcl9可防止或恢复骨丢失;体外实验显示Cxcl9促进破骨细胞活性并抑制成骨细胞分化;阻断CXCR3/ERK信号消除其促破骨细胞作用;雌激素处理负向调节Cxcl9表达和分泌。
研究意义
Cxcl9是导致绝经后骨质疏松中骨形成和骨吸收解偶联的新因子,靶向Cxcl9可能为治疗绝经后骨质疏松提供新的药物靶点。

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OVX小鼠骨质疏松模型并验证Cxcl9表达增加

确定雌激素缺乏是否导致骨中Cxcl9表达和分泌增加,并与骨丢失相关

对12周龄雌性C57BL/6小鼠进行假手术或双侧卵巢切除术(OVX),8周后通过Micro-CT评估骨量,通过原位杂交和ELISA检测Cxcl9表达和分泌。

2

中和Cxcl9评估对OVX小鼠骨量的影响

验证Cxcl9在OVX诱导骨丢失中的功能作用

对OVX小鼠皮下注射Cxcl9中和抗体或生理盐水,从OVX当天或术后2个月开始,隔日一次,持续2个月,然后通过Micro-CT分析骨量变化。

3

体外验证Cxcl9对成骨细胞功能的影响

检验Cxcl9是否直接抑制成骨细胞的增殖和分化

用重组Cxcl9处理小鼠原代颅骨成骨细胞,进行BrdU增殖实验、ALP染色和Western blot检测成骨标志物Runx2和Ocn。

4

体外验证Cxcl9对破骨细胞形成和功能的影响

检验成骨细胞来源的Cxcl9是否促进破骨细胞粘附、迁移和分化

用siRNA敲低成骨细胞中Cxcl9,收集条件培养基,处理破骨细胞前体,进行粘附实验、迁移实验、TRAP染色及Western blot检测破骨细胞标志物。

5

验证Cxcl9通过CXCR3/ERK信号通路促进破骨细胞活性

探究Cxcl9促进破骨细胞活性的分子机制

用Cxcl9处理破骨细胞前体,检测CXCR3表达和ERK/Src磷酸化;使用CXCR3拮抗剂NBI-74,330或ERK拮抗剂SCH772984,验证信号通路介导Cxcl9的作用。

6

验证雌激素对成骨细胞Cxcl9表达的调节

确定雌激素缺乏导致Cxcl9升高的直接原因

用雌二醇或雌激素受体拮抗剂氟维司群处理原代成骨细胞,通过qPCR、Western blot和ELISA检测Cxcl9表达和分泌。

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
Cxcl9中和抗体R&D SystemAF-492-NA
α-MEM培养基Gibco--
胎牛血清Gibco--
ALP染色缓冲液Sigma-Aldrich--
TRAP染色试剂盒Sigma-Aldrich--
细胞解离溶液Sigma--
Boyden小室Corning Costar--
微型CT扫描仪Scanco Medical AGViva
Runx2抗体Cell Signaling Technology12556S
骨钙素抗体Abcamab93876
小鼠CXCL9/MIG ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-M0020
TRIzol试剂Life Technologies15596-018
PrimeScript逆转录酶Takara2680B
SYBR Premix Ex TaqTakaraRR420A
硝酸纤维素膜Bio-Rad Laboratories--
增强化学发光试剂盒Amersham Biosciences--
Lipofectamine RNAi MAX转染试剂Invitrogen--
Opti-MEM培养基Invitrogen--
Runx2抗体Cell Signaling Technology12556S
骨钙素抗体Abcamab76690
NFATc1抗体Cell Signaling Technology8032S
c-FOS抗体Cell Signaling Technology2250
CTSK抗体Abcamab19027
磷酸化Akt抗体Cell Signaling Technology4060
磷酸化Src抗体Cell Signaling Technology2101
磷酸化ERK1/2抗体Cell Signaling Technology4370
ERK1/2抗体Abclonal TechnologyA0229

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
小鼠品系和年龄、OVX手术方式、分组、样本量
阅读提示:Materials and Methods "Animal";图1和图2图注
Cxcl9中和实验
抗体剂量(1μg/50 μL)、给药频率(隔日)、给药途径(皮下)、治疗开始时间(OVX当天或术后2个月)、持续时间(2个月)
阅读提示:Materials and Methods "Animal";图2图注
成骨细胞实验
原代成骨细胞来源(新生小鼠颅骨)、培养条件、Cxcl9处理浓度、BrdU实验和ALP染色的条件
阅读提示:Materials and Methods "Cells" 和 "Cell Staining";图3图注
破骨细胞实验
破骨细胞前体来源(6-7周龄小鼠骨髓)、分化条件(M-CSF和RANKL浓度)、粘附实验纤维连接蛋白浓度和孵育时间、迁移实验小室孔径和迁移时间、TRAP染色阳性标准
阅读提示:Materials and Methods "Cells", "Migration Assay", "Adhesion Assay", "Cell Staining";图4图注
信号通路验证
Cxcl9浓度(100 ng/mL)、处理时间(10分钟)、CXCR3拮抗剂NBI-74,330和ERK拮抗剂SCH772984的使用浓度
阅读提示:Materials and Methods 中信号通路相关部分;图5和图6图注
雌激素调节实验
雌二醇和氟维司群的处理浓度、处理时间
阅读提示:Materials and Methods 细胞培养部分;图7图注