Ferrostatin-1通过抑制脂质过氧化抑制破骨细胞分化并预防骨质疏松

Ferrostatin-1 inhibits osteoclast differentiation and prevents osteoporosis by suppressing lipid peroxidation.

作者信息Wenbo Xu, Shiyan Lv, Xiaoyan Wang, Chengchao Song, Chunyang Xi, Jinglong Yan
PMID39885539
发布时间2025-01-30
DOI10.1186/s13018-025-05544-2

实验完整度

包含体外细胞实验(BMMs分化、TRAP染色、骨坑实验)、分子机制验证(Western Blot、qRT-PCR、通路检测)和体内动物模型(OVX小鼠)验证,功能与机制验证完整。

主要模型

小鼠骨髓巨噬细胞(BMMs)诱导的破骨细胞 去卵巢(OVX)小鼠骨质疏松模型 小鼠骨髓间充质干细胞(BMSCs) 小鼠脐静脉内皮细胞(UVECs)

重点核对

BMMs提取自C57BL/6J小鼠,用40 ng/ml M-CSF和50 ng/ml RANKL诱导破骨细胞分化 Fer-1处理浓度为2 μM,Erastin处理浓度为7.5 μM OVX小鼠模型:Fer-1给药剂量为1 mg/kg,腹腔注射,隔天一次,持续8周 破骨细胞分化检测包括TRAP染色、Phalloidin染色和骨坑实验 信号通路检测:Western Blot检测p38/JNK磷酸化水平在RANKL刺激后15和30分钟的变化

摘要

背景:骨质疏松症(OP)是一种以低骨量为特征的系统性疾病。关于OP的研究取得了新的进展,如脂质过氧化。然而,脂质过氧化物在破骨细胞分化中的作用仍不清楚。方法:从C57BL/6J小鼠中提取骨髓巨噬细胞(BMMs),诱导其分化为破骨细胞,通过TRAP染色、鬼笔环肽染色和骨坑实验进行观察。在破骨细胞生成过程中检测脂质过氧化的相关物质。通过qRT-PCR、Western Blot和免疫荧光检测破骨细胞生成和脂质过氧化物的水平。通过Western Blot检测p38/JNK/MAPK通路的激活。评估经BMMs上清液处理后细胞的成骨和成血管能力。此外,Ferrostatin-1(Fer-1)用于OVX小鼠,并对股骨和血清样本进行全面评估。结果:在破骨细胞生成过程中,ROS、MDA、ACSL4和LPCAT3的水平随RANKL刺激时间延长而增加,而GSH或GPX4水平无显著变化。Fer-1抑制破骨细胞分化并降低脂质过氧化物水平。此外,Fer-1通过抑制p38/JNK/MAPK通路抑制破骨细胞相关标志物。此外,Fer-1处理后的BMMs上清液促进成骨和成血管。最后,Fer-1通过降低体内脂质过氧化水平成功缓解了OVX小鼠的骨质疏松。结论:Fer-1通过降低由ACSL4调节的脂质过氧化水平来抑制破骨细胞分化,这一作用通过p38/JNK/MAPK信号通路介导。此外,Fer-1增强成骨与成血管之间的偶联,并在体内具有抗骨质疏松作用。

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
脂质过氧化在破骨细胞分化中的作用及Fer-1抑制破骨细胞分化并预防骨质疏松的机制
核心机制
Fer-1通过降低ACSL4调节的脂质过氧化水平,抑制p38/JNK/MAPK信号通路,从而抑制破骨细胞分化,并增强成骨与成血管的偶联。
主要证据
体外实验显示Fer-1抑制TRAP+破骨细胞形成和骨吸收,降低ROS、MDA和ACSL4/LPCAT3水平,并抑制p38/JNK磷酸化;体内实验显示Fer-1增加OVX小鼠骨密度和骨小梁参数,降低血清MDA和骨吸收标志物。
研究意义
研究表明脂质过氧化抑制剂如Fer-1可能通过靶向破骨细胞分化成为治疗骨质疏松的潜在疗法。

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

BMMs的分离与破骨细胞分化诱导

建立体外破骨细胞分化模型,验证分化成功并观察脂质过氧化标志物的变化。

从C57BL/6J小鼠股骨和胫骨中提取BMMs,用M-CSF培养3天,再用RANKL诱导5天形成破骨细胞。通过流式细胞术鉴定CD11b和F4/80阳性,TRAP染色和Phalloidin染色观察破骨细胞形成。

2

脂质过氧化标志物检测

检测破骨细胞分化过程中ROS、MDA、GSH、ACSL4、LPCAT3和GPX4水平的变化。

通过荧光显微镜检测ROS和脂质过氧化物(C11 BODIPY),通过微板读数器检测MDA和GSH,通过qRT-PCR和Western Blot检测ACSL4、LPCAT3和GPX4的mRNA和蛋白表达。

3

Fer-1对破骨细胞分化的影响

评估Fer-1是否抑制破骨细胞分化及Erastin的逆转作用。

BMMs在RANKL诱导前48小时用Fer-1或Erastin处理,通过TRAP染色、Phalloidin染色和骨坑实验评估破骨细胞形成和骨吸收能力。

4

Fer-1对脂质过氧化水平的影响

验证Fer-1是否降低破骨细胞分化过程中的氧化和脂质过氧化物水平。

用荧光显微镜检测ROS和脂质过氧化物,用试剂盒检测MDA,用qRT-PCR和Western Blot检测ACSL4和LPCAT3表达,并通过免疫荧光验证蛋白水平。

5

Fer-1对p38/JNK/MAPK通路及破骨细胞标志物的影响

探究Fer-1抑制破骨细胞分化的分子机制。

通过qRT-PCR检测破骨细胞相关基因(c-Fos、NFATc1、DC-STAMP、MMP-9、Trap、ATP6V0D2)的mRNA表达,通过Western Blot检测p38和JNK的磷酸化水平,并通过免疫荧光检测c-Fos蛋白。

6

Fer-1处理后的BMMs上清液对成骨和成血管的影响

评估Fer-1处理的破骨细胞上清液是否促进成骨和成血管。

收集BMMs分化过程中各组的上清液,与BMSCs或ECs共培养,通过ALP染色、茜素红S染色评估成骨,通过管形成实验评估成血管,并通过ELISA检测TGF-β、SDF-1、S1P和PDGF-BB水平。

7

OVX小鼠模型建立及Fer-1体内效果评估

验证Fer-1在体内对去卵巢诱导的骨质疏松的抑制作用。

对C57BL/6J小鼠进行双侧卵巢切除术,分为Sham、OVX和OVX+Fer-1组,Fer-1腹腔注射给药,8周后通过Micro-CT、H&E染色、TRAP染色和ELISA评估骨密度、骨参数及血清标志物。

8

Fer-1对OVX小鼠脂质过氧化水平的影响

评估Fer-1在体内是否降低脂质过氧化水平。

检测血清MDA水平,提取骨组织和BMMs,通过Western Blot检测ACSL4和LPCAT3蛋白,通过qRT-PCR检测mRNA,并通过免疫荧光双染ACSL4和CTSK观察共定位。

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
α-MEM基础培养基CytivaSH30265.01
ACK裂解缓冲液BeyotimeC3702
胎牛血清ExCell BioFSD500
青霉素和链霉素BeyotimeC0222
巨噬细胞集落刺激因子AmizonaAM10003-010
核因子κB受体活化因子配体AmizonaAM10004-010
Ferrostatin-1(Fer-1)MCEHY-100579
ErastinMCEHY-15763
CD11b抗体Biolegend982614
F4/80抗体Biolegend123107
CCK-8试剂盒BeyotimeC0037
丙二醛标准溶液SolarbioBC0025
谷胱甘肽标准溶液SolarbioBC1170
H2DCFDABiosharpBL714A
C11 BODIPY 581/591GLPBIOGC40165
TRIzolBeyotimeR0016
SYBR GreenES ScienceQP002
RIPA裂解液BeyotimeP0013B
BCA蛋白浓度测定BeyotimeP0012S
SDS-PAGE凝胶EpizymePG112,
PVDF膜Bio-Rad--
GPX4抗体AffinityDF6701
ACSL4抗体AffinityDF12141
LPCAT3抗体Proteintech67882-1-Ig
P38抗体Proteintech14064-1-AP
p-P38抗体Proteintech28796-1-AP
JNK抗体Proteintech51151-1-AP
p-JNK抗体Proteintech80024-1-RR
GAPDH抗体Proteintech10494-1-AP
β-actin抗体WanleibioWL01372
二抗WanleibioWLA023a
增强化学发光试剂BeyotimeP0018S
TRAP试剂盒AmizonaAMK1002-005
Triton X-100BiosharpBS084
山羊血清BosterAR0009
F-Actin荧光探针BeyotimeC2203S
Cy3标记山羊抗兔二抗BeyotimeBL033A
DAPIBeyotimeC1005
骨切片AmizonaAMB1001–020
骨髓间充质干细胞系PrincellaCP-M131
小鼠脐静脉内皮细胞系PrincellaCP-M232
BCIP/NBT碱性磷酸酶显色试剂盒BeyotimeC3206
茜素红SBeyotimeC0140
TGF-β ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-M1191
SDF-1 ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-M3046
S1P ELISA试剂盒MeimianMM-44778M2
PDGF-BB ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-M0632
Trap-5b ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-M1116
RANKL ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-M0644
CTX-1 ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-M3023
PINP ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-M0233
显微CT系统SCANCO MEDICAL--

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
BMMs分离与培养
小鼠品系(C57BL/6J)、α-MEM基础培养基、ACK裂解缓冲液、胎牛血清浓度、青霉素/链霉素浓度、培养条件(37℃、5% CO2)
阅读提示:Materials and Methods: Isolation of mouse bone marrow macrophages
破骨细胞分化
M-CSF浓度(40 ng/ml)、RANKL浓度(50 ng/ml)、诱导时间(5天)、Fer-1浓度(2 μM)、Erastin浓度(7.5 μM)、处理时间(RANKL诱导前48小时)
阅读提示:Materials and Methods: Differentiation of osteoclasts
脂质过氧化检测
ROS检测试剂(H2DCFDA)、脂质过氧化物检测试剂(C11 BODIPY)、MDA检测方法、GSH检测方法、检测时间点(0, 1, 3, 5天)
阅读提示:Materials and Methods: Detection of intracellular ROS and lipid peroxide; Detection of intracellular GSH and MDA
信号通路检测
p38/JNK/MAPK通路蛋白(p38, p-JNK, JNK, p-p38)的检测时间点(RANKL刺激后15和30分钟)、抗体信息
阅读提示:Results: Fer-1 reduces the expression of osteoclast-related markers by inhibiting p38/JNK/MAPK pathway; Materials and Methods: Western blot
体内实验
OVX小鼠模型建立方法、Fer-1给药剂量(1 mg/kg)、给药途径(腹腔注射)、频率(隔天一次)、持续时间(8周)、每组动物数(5只)
阅读提示:Materials and Methods: Establishment of the ovariectomy model; Results: Fer-1 inhibits osteoporosis of OVX mice