实验研究
早期移植生长分化因子11表达沉默的骨髓基质干细胞促进大鼠激素性股骨头坏死区成骨的研究
中华创伤骨科杂志, 2019,21(9) : 802-809. DOI: 10.3760/cma.j.issn.1671-7600.2019.09.012
摘要
目的

探讨早期移植生长分化因子(GDF)11表达沉默的骨髓基质干细胞(BMSCs)对大鼠激素性股骨头坏死区的成骨作用。

方法

转染小干扰RNA(siRNA)以沉默大鼠BMSCs中的GDF11表达,并检测转染效率和细胞毒性。细胞实验(n=3)和动物实验(n=8)各分4组:空白对照组(未干预)、模型组(糖皮质激素)、实验组(糖皮质激素+siRNA)和阴性对照组(糖皮质激素+siRNA阴性对照物)。采用碱性磷酸酶(ALP)染色与茜素红染色检测BMSCs成骨分化效果;反转录聚合酶链式反应检测成骨标志物的表达水平。利用显微CT、HE染色、免疫组织化学和生物力学等方式评估大鼠股骨头的成骨效果。

结果

转染siRNA对大鼠BMSCs活性无影响。细胞实验:实验组ALP活性与钙结节数量优于模型组;模型组ALP、核心结合蛋白因子2、骨钙素和Ⅰ型胶原蛋白α1链的mRNA相对表达量分别为0.46±0.11、0.50±0.11、0.35±0.01、0.57±0.02,较空白对照组(1.00±0.09、1.02±0.23、1.03±0.30、1.02±0.25)显著下降,实验组(1.97±0.30、0.94±0.19、1.50±0.18、1.28±0.37)又较模型组显著升高,差异均有统计学意义(P<0.05)。动物实验:实验组较模型组大鼠股骨头密度升高,骨结构更完整,骨小梁参数和生物力学参数比较差异均有统计学意义(P<0.05),且核心结合蛋白因子2和Ⅰ型胶原表达量升高。

结论

在糖皮质激素作用下,GDF11表达沉默可增强BMSCs的成骨分化。早期移植GDF11表达沉默的BMSCs可有效促进大鼠股骨头坏死区成骨。

引用本文: 孔令驰, 孙兴亮, 左荣台, 等.  早期移植生长分化因子11表达沉默的骨髓基质干细胞促进大鼠激素性股骨头坏死区成骨的研究 [J] . 中华创伤骨科杂志, 2019, 21(9) : 802-809. DOI: 10.3760/cma.j.issn.1671-7600.2019.09.012.
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激素性股骨头坏死是临床上最常见的一种非创伤性股骨头坏死,是骨科常见的疑难杂症,病程进展快,易引起髋关节活动障碍[1,2]。因早期不易诊断[3],约70%的患者晚期需行髋关节置换术[2]。糖皮质激素作为一种临床常用药物,长期口服或注射可引起股骨头局部微循环内皮受损,从而导致血供障碍[4];也可以直接影响成骨细胞代谢或导致成骨与成脂分化失衡,最终导致机体成骨能力下降,骨质丢失[5]。近年来,随着再生医学和干细胞研究的不断深入,骨髓基质干细胞(bone marrow stromal cells, BMSCs)对激素性股骨头坏死的潜在修复作用已被广泛证实[6],且通过靶向改造BMSCs增强其修复坏死股骨头的能力已成为当前的研究热点[7,8]。生长分化因子(growth differentiation factor, GDF)11是转化生长因子-β超家族的一种分泌蛋白,在人类胚胎形成时期、生长发育各阶段和机体衰退阶段对骨形成和骨代谢过程均发挥重要调控作用[9]。近年来,已有实验证明GDF11可通过促进破骨细胞形成,抑制成骨(或软骨)分化阻碍骨再生[10],但对于激素性股骨头坏死的影响尚不明确。因此,我们设计本实验旨在探讨在糖皮质激素作用下沉默GDF11的表达对大鼠BMSCs成骨分化能力的影响,并进一步在动物模型中观察早期移植GDF11表达沉默的BMSCs对大鼠激素性股骨头坏死区的成骨作用。

 
 
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