ATRA調(diào)控BMP9誘導3T3-L1前脂肪細胞成骨和成脂分化的作用及機制研究.pdf

1、骨質(zhì)疏松癥在骨量減少的同時往往還伴有骨髓內(nèi)脂肪組織的異常增多，表明骨髓內(nèi)過多的脂肪組織與骨形成減少有著密切的關(guān)系。骨髓中成骨細胞和脂肪細胞均來源于骨髓間充質(zhì)干細胞(Mesenchymelstem cells，MSCs)。正常情況下，MSCs的成骨分化和成脂分化受到多種細胞因子和激素的調(diào)控，表現(xiàn)為一種相互關(guān)聯(lián)和制約的平衡狀態(tài)。而在骨質(zhì)疏松癥發(fā)生時，MSCs的成骨分化和成脂分化出現(xiàn)失衡，并以一種犧牲成骨細胞數(shù)量為代價的方式產(chǎn)生過多的脂肪細胞

2、，最終導致骨量減少。因此，各種原因引起的MSCs成骨和成脂分化失衡是導致骨質(zhì)疏松發(fā)生的一個重要原因。
　　MSCs分化為成熟脂肪細胞的過程包括兩個階段，首先MSCs向脂肪細胞譜系定型為前脂肪細胞，隨后前脂肪細胞再在一系列細胞因子的作用下進一步分化為成熟的脂肪細胞。因此，如果以MSCs成脂分化過程中產(chǎn)生的前脂肪細胞作為干預對象，并用細胞因子誘導該細胞向成骨細胞轉(zhuǎn)分化，那么不僅能夠減少骨髓內(nèi)脂肪組織含量，同時還能增加成骨細胞數(shù)量，進而

3、促進骨形成，有望為骨質(zhì)疏松癥的治療開創(chuàng)一種新的方式。那么，尋找一種能發(fā)揮該作用的細胞因子成為了目前研究的關(guān)鍵和熱點問題。
　　研究發(fā)現(xiàn)，骨形態(tài)發(fā)生蛋白(Bone morphogenetic proteins，BMPs)在誘導前脂肪細胞成骨分化中發(fā)揮著重要的作用。BMPs屬于轉(zhuǎn)化生長因子超家族成員，目前已經(jīng)鑒定了超過20種BMP亞型。通過對14種BMPs進行系統(tǒng)性分析，發(fā)現(xiàn)BMP9也具有成骨誘導活性，并且其作用強于BMP2和BMP7

4、等傳統(tǒng)的成骨性BMP。然而，BMP9是否同樣能誘導已經(jīng)向脂肪細胞譜系定型前脂肪細胞成骨分化目前尚無報道。
　　因此，本文研究了BMP9是否能夠誘導3T3-L1前脂肪細胞成骨分化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，BMP9能夠增加3T3-L1前脂肪細胞中早期成骨分化指標堿性磷酸酶(Alkaline phosphatase，ALP)的活性。此外，BMP9還能促進晚期成骨指標(Osteocalcin，OCN)和骨橋素(Osteopotin，OPN)在前脂肪細胞

5、中的表達，并促進細胞外基質(zhì)礦化。但是，我們也發(fā)現(xiàn)BMP9同時也明顯促進了前脂肪細胞中脂質(zhì)的積聚。動物實驗結(jié)果也顯示，BMP9能夠誘導3T3-L1前脂肪細胞在體內(nèi)異位成骨，但成骨包塊中也有伴有大量脂肪細胞存在。以上結(jié)果表明，BMP9不僅能夠誘導前脂肪細胞成骨分化，也能促進其成脂分化。
　　盡管在BMP家族中BMP9是誘導成骨活性最強的成員，但是其他細胞因子能夠進一步增強BMP9的成骨誘導作用。因此，為了進一步增強BMP9誘導3T3-

6、L1前脂肪細胞成骨分化的作用并抑制BMP9促進3T3-L1前脂肪細胞成脂分化，可能需要選用其他細胞因子對BMP9在前脂肪細胞中的生物學作用進行調(diào)控。
　　維甲酸(Retinoic acid，RA)是維生素A的衍生物。研究表明RA能夠促進BMP介導的骨形成并抑制BMP誘導的成脂分化。因此我們選取了RA在體內(nèi)的主要存在形式—全反式維甲酸(All-tans RA，ATRA)，與BMP9共同作用于3T3-L1前脂肪細胞。通過體內(nèi)外實驗，研

7、究了ATRA對BMP9介導的3T3-L1前脂肪細胞成骨或成脂分化的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，ATRA不僅能夠增強BMP9誘導前脂肪細胞成骨分化的作用，還能抑制BMP9誘導前脂肪細胞成脂分化。
　　在對ATRA調(diào)控BMP9誘導前脂肪細胞成骨和成脂分化的機制研究中，我們發(fā)現(xiàn)ATRA能夠上調(diào)BMP9的表達，增強BMP9介導的Smad信號活性，并能進一步上調(diào)BMP9激活的成骨相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子的表達和抑制BMP9誘導的成脂相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子的表達。此外，我們還

8、發(fā)現(xiàn)ATRA和BMP9均能激活經(jīng)典Wnt/β-catenin信號，并且二者具有協(xié)同作用。利用RNA干擾（RNA interfere，RNAi）技術(shù)抑制Wnt/β-catenin信號能夠減弱ATRA促進BMP9誘導前脂肪細胞成骨分化和抑制BMP9誘導前脂肪細胞成脂分化的作用。相反，激活Wnt/β-catenin信號則能促進BMP9誘導前脂肪細胞成骨分化并抑制BMP9誘導的成脂分化。此外，研究還發(fā)現(xiàn)BMP9能調(diào)控一系列Wnt配體和受體在3T