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張力刺激對(duì)髓核細(xì)胞CILP表達(dá)的調(diào)控及CILP對(duì)基質(zhì)合成表型的影響

發(fā)布時(shí)間:2018-04-24 03:20

  本文選題:軟骨層間蛋白 + 髓核細(xì)胞; 參考:《第三軍醫(yī)大學(xué)》2017年碩士論文


【摘要】:一、研究背景腰背痛嚴(yán)重影響人們的身心健康,據(jù)統(tǒng)計(jì)全世界高達(dá)80%的人在一生之中都有過(guò)類(lèi)似經(jīng)歷,患有腰背疼痛的患者中相當(dāng)大一部分需要進(jìn)行外科治療,給社會(huì)以及家庭都帶來(lái)了沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。引起腰背疼痛的原因很多,最主要就是椎間盤(pán)退行性病變(簡(jiǎn)稱(chēng)退變)。而椎間盤(pán)退變病因復(fù)雜,涉及機(jī)械力學(xué)刺激,營(yíng)養(yǎng)通路障礙,細(xì)胞凋亡等眾多事件,目前尚不能完全明確椎間盤(pán)發(fā)生退變的具體機(jī)制。軟骨層間蛋白(Cartilage intermediate layer protein,CILP)在關(guān)節(jié)軟骨和椎間盤(pán)中特異性地表達(dá),表達(dá)水平隨著年齡升高而上調(diào)。在既往關(guān)于椎間盤(pán)退變相關(guān)基因的研究中,CILP基因被證實(shí)與椎間盤(pán)的退變的發(fā)生存在關(guān)聯(lián),其基因序列中第1184位點(diǎn)的脫氧核苷酸突變(single nucleotide polymorphism,SNP)被認(rèn)為通過(guò)增強(qiáng)CILP對(duì)β-轉(zhuǎn)錄生長(zhǎng)因子(TGF-β)的結(jié)合作用,競(jìng)爭(zhēng)性地抑制該因子對(duì)其受體的結(jié)合,從而抑制TGF-β對(duì)髓核細(xì)胞的效應(yīng)。另外在軟骨組織中表達(dá)上調(diào)的CILP的N端序列可以抑制類(lèi)胰島素因子生長(zhǎng)因子-1(IGF-1)對(duì)軟骨細(xì)胞的促合成分泌效應(yīng),從而阻斷該因子在基質(zhì)修復(fù)方面的作用;另有研究報(bào)道CILP的C-terminal促進(jìn)無(wú)機(jī)磷酸鹽在動(dòng)物軟骨細(xì)胞中的蓄積,從而加速慢性軟骨病變進(jìn)程。不僅如此,近年有研究通過(guò)構(gòu)建高表達(dá)CILP的轉(zhuǎn)基因小鼠,并用MRI檢測(cè)高表達(dá)CILP對(duì)椎間盤(pán)退變進(jìn)程的影響,發(fā)現(xiàn)高表達(dá)CILP小鼠的尾椎間盤(pán)組織過(guò)早地出現(xiàn)了退變相關(guān)的低信號(hào),提示高水平表達(dá)的CILP對(duì)椎間盤(pán)退變的啟動(dòng)效應(yīng)。以上證據(jù)提示在退變椎間盤(pán)中異常高表達(dá)的CILP不僅僅是椎間盤(pán)退變程度的標(biāo)志,更可能是加速退變進(jìn)程的重要參與者。那么在退變椎間盤(pán)組織中異常高表達(dá)的CILP如何促進(jìn)退變的進(jìn)程?人類(lèi)椎間盤(pán)的退變涉及復(fù)雜的調(diào)控機(jī)制,包括細(xì)胞自噬,凋亡,炎性因子浸潤(rùn),基質(zhì)合成抑制(aggrecan,CollagenII),分解性酶類(lèi)上調(diào)(MMPs,ADAMTs)等,導(dǎo)致了椎間盤(pán)基質(zhì)合成代謝和分解代謝的失調(diào),最終導(dǎo)致基質(zhì)穩(wěn)態(tài)的破壞并產(chǎn)生一系列的后果,包括PH值,滲透壓改變等,這些改變極大地惡化了椎間盤(pán)細(xì)胞所處的微環(huán)境。更重要的是由于椎間盤(pán)中高含水性的aggrecan等基質(zhì)成分的喪失,抵御外界機(jī)械刺激的能力削弱,使得其中的細(xì)胞暴露于更大的機(jī)械力學(xué)刺激。而過(guò)大的機(jī)械力學(xué)刺激對(duì)于椎間盤(pán)髓核細(xì)胞的調(diào)控效應(yīng)主要為促基質(zhì)分解,加速了椎間盤(pán)基質(zhì)穩(wěn)態(tài)的破壞。因此在退變的椎間盤(pán)中,基質(zhì)穩(wěn)態(tài)的破壞是椎間盤(pán)退變進(jìn)展的關(guān)鍵因素。那么CILP是否對(duì)基質(zhì)的合成分解代謝平衡產(chǎn)生影響,進(jìn)而影響退變的進(jìn)程?解決該問(wèn)題有助于明確CILP在退變椎間盤(pán)中的具體促退變效應(yīng)。除了明確CILP對(duì)椎間盤(pán)基質(zhì)穩(wěn)態(tài)的影響以外,本課題組還進(jìn)一步探索CILP的表達(dá)調(diào)控機(jī)制。目前尚沒(méi)有研究可以解釋CILP的表達(dá)為何在退變椎間盤(pán)組織中會(huì)顯著上調(diào)。既往研究證實(shí)某些生長(zhǎng)因子可以上調(diào)CILP表達(dá)(TGF-βand BMP-2),但由于椎間盤(pán)組織在退變過(guò)程中細(xì)胞數(shù)量減少以及殘余細(xì)胞的退行性病變導(dǎo)致的生長(zhǎng)因子分泌減少等原因,退變椎間盤(pán)組織中難以維持可以促進(jìn)CILP高表達(dá)的生長(zhǎng)因子水平?紤]到機(jī)械力學(xué)刺激是影響基質(zhì)穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵因素,機(jī)械刺激對(duì)髓核細(xì)胞可以產(chǎn)生依賴(lài)于刺激強(qiáng)度,刺激時(shí)間以及頻率的調(diào)控效應(yīng),且機(jī)械力學(xué)環(huán)境惡化是加速椎間盤(pán)退變的重要機(jī)制,推測(cè)CILP的表達(dá)水平可能受機(jī)械力學(xué)刺激調(diào)控,過(guò)強(qiáng)的力學(xué)刺激可能是退變椎間盤(pán)組織中CILP表達(dá)升高的重要原因。通過(guò)解決以上問(wèn)題,我們會(huì)初步明確CILP在退變椎間盤(pán)髓核組織中異常高表達(dá)的具體機(jī)制以及意義。二、研究方法1.搜集2016年在新橋醫(yī)院骨科因創(chuàng)傷性骨折或者嚴(yán)重退行性病變需要行椎間盤(pán)摘除病人的髓核組織,術(shù)前利用MRI對(duì)患者髓核組織進(jìn)行Pfirrmann分級(jí)(輕度退變組≤III,嚴(yán)重退變組≥IV),通過(guò)免疫組織化學(xué)技術(shù)以及光密度值測(cè)定,明確不同退變組的CILP表達(dá)水平差異;2.利用新橋骨科新引進(jìn)的專(zhuān)業(yè)力學(xué)加載設(shè)備Flexcell-5000CTM,給予細(xì)胞不同時(shí)間,強(qiáng)度的張力性力學(xué)加載,Western Bloting以及RT-qPCR技術(shù)檢測(cè)力學(xué)刺激對(duì)于細(xì)胞的CILP以及主要的基質(zhì)合成表型(aggrecan和collagenII)的調(diào)控效應(yīng);3.以不同濃度的重組人CILP刺激髓核細(xì)胞72小時(shí),western以及RT-qPCR技術(shù)檢測(cè)處理后髓核細(xì)胞基質(zhì)合成表型的表達(dá);利用CILP siRNA轉(zhuǎn)染髓核細(xì)胞48小時(shí),western以及RT-qPCR技術(shù)檢測(cè)CILP的表達(dá)沉默后髓核細(xì)胞主要基質(zhì)合成表型的表達(dá)。三、結(jié)果1.免疫組織化學(xué)染色結(jié)果示嚴(yán)重退變組與輕度退變組的CILP表達(dá)水平差異明顯,嚴(yán)重退變組的CILP光密度值遠(yuǎn)高于輕度退變組;2.5%的張力(輕度)刺激髓核細(xì)胞48小時(shí)后,CILP的mRNA水平無(wú)明顯變化;10%的張力(中度)刺激髓核細(xì)胞48小時(shí)后,CILP的mRNA水平和蛋白水平下降顯著,同時(shí)基質(zhì)主要合成表型(aggrecan和collagenII)的mRNA和蛋白水平均顯著升高;20%的張力(重度)刺激髓核細(xì)胞后,CILP的mRNA水平顯著上調(diào),且Smad3的磷酸化水平明顯增強(qiáng);提前使用S1S3特異性地抑制Smad3的磷酸化水平后,再給與相同力學(xué)刺激,CILP的mRNA水平與未加抑制劑相比明顯降低;3.CILP的siRNA轉(zhuǎn)染細(xì)胞48小時(shí)后,髓核細(xì)胞的CILP的mRNA水平和蛋白水平顯著下降,同時(shí)主要基質(zhì)合成表型aggrecan以及CollagenII的mRNA和protein水平均顯著上調(diào);高濃度的人重組CILP處理髓核細(xì)胞72小時(shí)后,aggrecan和CollagenII的mRNA和protein水平顯著升高。四、結(jié)論1.CILP在人髓核組織中隨著退變程度不同而不同,相較于輕度退變組,嚴(yán)重退變程度的椎間盤(pán)組織的CILP表達(dá)水平顯著增強(qiáng);本研究同既往動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中關(guān)于老化的椎間盤(pán)組織中的CILP表達(dá)上調(diào)結(jié)果相一致。既往關(guān)于關(guān)節(jié)軟骨組織中CILP的研究中證實(shí)高表達(dá)的CILP通過(guò)促炎癥效應(yīng)加速軟骨組織的退變。因此,推測(cè)在退變椎間盤(pán)組織中CILP的高表達(dá)可能不僅僅是退變程度的標(biāo)志物,也可能作為促進(jìn)退變的加速劑。2.機(jī)械力學(xué)刺激調(diào)控髓核細(xì)胞的CILP表達(dá),且該調(diào)控效應(yīng)存在時(shí)間依賴(lài)性和強(qiáng)度依賴(lài)性。(a)適宜程度的張力刺激顯著上調(diào)基質(zhì)合成表型的合成,同時(shí)抑制CILP的表達(dá)水平,這與健康組織中的基質(zhì)合成表型和CILP的表達(dá)水平相吻合,因此推測(cè)在未退變的健康髓核組織中,適宜強(qiáng)度的張力刺激是維持基質(zhì)合成相對(duì)活躍,同時(shí)CILP低水平表達(dá)的重要前提。(b)不同于低強(qiáng)度的張力刺激效應(yīng),過(guò)強(qiáng)的張力刺激顯著上調(diào)了髓核細(xì)胞的CILP表達(dá),提示機(jī)械力學(xué)刺激對(duì)髓核細(xì)胞CILP的表達(dá)存在著多樣性的調(diào)控效應(yīng),當(dāng)刺激強(qiáng)度超過(guò)一定閾值,調(diào)控效應(yīng)甚至可能相反。結(jié)合之前的低張力刺激髓核細(xì)胞的研究結(jié)果,提示退變組織中CILP異常高水平的表達(dá)可能是椎間盤(pán)結(jié)構(gòu)破壞導(dǎo)致受力環(huán)境改變所引起。(c)提前抑制Smad信號(hào)途徑以后。高強(qiáng)度張力刺激對(duì)髓核細(xì)胞CILP表達(dá)的上調(diào)效應(yīng)被顯著抑制。提示Smad信號(hào)通路介導(dǎo)高強(qiáng)度力學(xué)條件下CILP表達(dá)上調(diào)效應(yīng)。既往研究中證實(shí),TGF-β通過(guò)激活Smad信號(hào)途徑上調(diào)CILP表達(dá),而MAPK信號(hào)途徑可以通過(guò)間接激活Smad途徑進(jìn)而參與CILP的表達(dá)調(diào)控。因此推測(cè)Smad途徑是CILP表達(dá)調(diào)控的終末途徑,而機(jī)械刺激對(duì)Smad信號(hào)通路的激活可能涉及到MAPK信號(hào)通路以及其他信號(hào)通路的介導(dǎo)。3.CILP作為被髓核細(xì)胞分泌到胞外的蛋白,能夠?qū)λ韬思?xì)胞自身分泌的基質(zhì)合成表型產(chǎn)生抑制效應(yīng)。我們前部分實(shí)驗(yàn)證實(shí),嚴(yán)重退變椎間盤(pán)的椎間盤(pán)組織中CILP的表達(dá)水平明顯高于輕度退變的椎間盤(pán)組織,因此推測(cè)CILP表達(dá)增高可能是髓核細(xì)胞基質(zhì)合成水平降低的重要原因,而在退變組織中高水平表達(dá)的CILP通過(guò)加速椎間盤(pán)基質(zhì)穩(wěn)態(tài)的失調(diào),進(jìn)而參與椎間盤(pán)退變的進(jìn)程。綜上,機(jī)械力學(xué)刺激可以調(diào)控髓核細(xì)胞的CILP表達(dá),且高強(qiáng)度的張力性刺激可以顯著上調(diào)CILP表達(dá),而高表達(dá)的CILP可能通過(guò)抑制基質(zhì)合成表型進(jìn)而促進(jìn)椎間盤(pán)的退變。結(jié)合既往關(guān)于機(jī)械刺激調(diào)控椎間盤(pán)細(xì)胞基質(zhì)穩(wěn)態(tài)的研究,提示CILP可能是介導(dǎo)機(jī)械刺激調(diào)控基質(zhì)穩(wěn)態(tài)的重要媒介。不過(guò),由于尚未完善機(jī)械刺激條件下,干預(yù)CILP表達(dá)后對(duì)基質(zhì)穩(wěn)態(tài)影響的實(shí)驗(yàn),尚不清楚CILP是否是介導(dǎo)力學(xué)刺激調(diào)控基質(zhì)穩(wěn)態(tài)的主要途徑,需要進(jìn)一步研究證實(shí)。
[Abstract]:In recent years , it is suggested that the CILP expression of CILP is not only a marker of degeneration of the intervertebral disc , but also can inhibit the effect of TGF - 尾 on the degeneration of the intervertebral disc . In order to study the effect of CILP on the stability of the intervertebral disc , it is suggested that the expression level of CILP can be regulated by mechanical mechanical stimulation . The expression of CILP in nucleus pulposus cells was significantly increased by activation of Smad signaling pathway .

【學(xué)位授予單位】:第三軍醫(yī)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】:碩士
【學(xué)位授予年份】:2017
【分類(lèi)號(hào)】:R681.5

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5 劉永明;過(guò)表達(dá)NDRG2基因促進(jìn)人髓核細(xì)胞衰老的體外實(shí)驗(yàn)研究[D];第四軍醫(yī)大學(xué);2015年

6 楊晨;活化T細(xì)胞核因子對(duì)髓核細(xì)胞中ADAMTS-4及-5表達(dá)的調(diào)控作用[D];第二軍醫(yī)大學(xué);2015年

7 胡津銓;骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞對(duì)于髓核細(xì)胞炎性損傷的保護(hù)作用[D];第二軍醫(yī)大學(xué);2015年

8 趙光宇;不同共培養(yǎng)條件下兔NPCs誘導(dǎo)BMSCs向類(lèi)髓核細(xì)胞分化的實(shí)驗(yàn)研究[D];昆明醫(yī)科大學(xué);2015年

9 周栩;Id1基因?qū)MP-2維持兔髓核細(xì)胞軟骨特性的影響[D];重慶醫(yī)科大學(xué);2015年

10 宋鵬;高氧微環(huán)境刺激與細(xì)胞連續(xù)分裂在體外人髓核細(xì)胞老化中作用的初探[D];東南大學(xué);2015年

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本文編號(hào):1794913

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