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        鹿茸多肽對大鼠絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松的改善作用及其機制

        2024-08-30 00:00:00遲雪婷陳芳園皮子鳳律廣富王雨辰李銀清黃曉巍林喆
        吉林大學學報(醫(yī)學版) 2024年4期
        關鍵詞:劑量血清手術

        [摘 要] 目的:探討鹿茸多肽 (VAP) 對絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥 (PMOP) 模型大鼠的保護作用,并闡明其可能的作用機制。方法:60只12周齡SD雌性大鼠隨機分為假手術組、模型組、阿侖膦酸鈉組(1 mg·kg-1·d-1 阿侖膦酸鈉灌胃)、低劑量VAP 組(100 mg·kg-1·d-1VAP 灌胃)、中劑量VAP 組(200 mg·kg-1·d-1 VAP 灌胃) 和高劑量VAP 組(300 mg·kg-1·d-1 VAP 灌胃),每組10 只。除假手術組外,其余各組大鼠摘除雙側(cè)卵巢,復制PMOP 大鼠模型。雙能X 射線骨密度儀檢測各組大鼠股骨骨密度(BMD),酶聯(lián)免疫吸附試驗(ELISA) 法檢測各組大鼠血清中血鈣(Ca2+)、血磷(P)、骨堿性磷酸酶(BALP) 和Ⅰ型前膠原N 端前肽(PINP) 水平,采用相關試劑盒檢測各組大鼠血清中超氧化物歧化酶(SOD) 活性和丙二醛(MDA) 水平, HE 染色法觀察各組大鼠骨組織病理形態(tài)表現(xiàn),Western blotting 法檢測各組大鼠骨組織中磷脂酰肌醇-3 激酶(PI3K)、磷酸化PI3K (p-PI3K)、蛋白激酶B(AKT) 和磷酸化AKT (p-AKT) 蛋白表達水平。結果:與假手術組比較,模型組大鼠股骨BMD 降低(Plt;0. 01);與模型組比較,阿侖膦酸鈉組、中劑量VAP 組和高劑量VAP 組大鼠股骨BMD升高(Plt;0. 05 或Plt;0. 01)。與假手術組比較,模型組大鼠血清中Ca2+、P、BALP 及PINP 水平和SOD 活性降低(Plt;0. 05 或Plt;0. 01),MDA 水平升高(Plt;0. 01);與模型組比較,中劑量VAP 組大鼠血清中P 水平升高(Plt;0. 01),阿侖膦酸鈉組和高劑量VAP 組大鼠血清中Ca2+、P、BALP 及PINP 水平和SOD 活性升高(Plt;0. 05 或Plt;0. 01),MDA 水平降低(Plt;0. 05)。HE 染色,與假手術組比較,模型組大鼠骨組織中骨小梁纖細,大片斷裂,髓腔擴大;與模型組比較,阿侖膦酸鈉組、中劑量VAP 組和高劑量VAP 組大鼠骨組織中骨小梁粗壯,排列緊密,骨細胞數(shù)量多。Western blotting法,與假手術組比較,模型組大鼠骨組織中p-PI3K/PI3K 和p-AKT/AKT 比值降低(Plt;0. 01);與模型組比較,各劑量VAP 組大鼠骨組織中p-PI3K/PI3K 比值升高(Plt;0. 05 或Plt;0. 01),阿侖膦酸鈉組和高劑量VAP組大鼠骨組織中p-AKT/AKT比值升高 (Plt;0. 01)。結論:VAP對大鼠PMOP具有改善作用,其機制可能與VAP 調(diào)控骨組織中PI3K/AKT 信號通路及降低骨組織氧化應激有關。

        [關鍵詞] 骨質(zhì)疏松癥; 鹿茸多肽; 氧化應激; 磷脂酰肌醇-3 激酶/蛋白激酶B 信號通路

        [中圖分類號] R285. 5; R589; R681 [文獻標志碼] A

        骨質(zhì)疏松癥(osteoporosis, OP) 分為原發(fā)性OP 和繼發(fā)性OP, 原發(fā)性OP 包括絕經(jīng)后OP(postmenopausal osteoporosis,PMOP)、老年性OP和特發(fā)性OP[1]。據(jù)報道,近 10 年全國 OP 的發(fā)病率為 23%, 男性和女性的發(fā)病率分別為 16% 和27% [2]。 目前 OP 已經(jīng)成為世界性的公共衛(wèi)生問題。隨著人口老齡化趨勢日益嚴重,PMOP 患者的患病率逐年上升。絕經(jīng)后的婦女隨著年齡的增長,雌激素不斷流失,骨量丟失會加快,骨形成速率降低,同時骨質(zhì)量會下降,最終導致骨脆性增加,危害女性患者的健康,影響其生活質(zhì)量,增加了社會負擔[3]。氧化應激是由于活性氧(reactive oxygenspecies,ROS) 在機體內(nèi)產(chǎn)生和消除平衡被打破,進而產(chǎn)生超正常水平的 ROS, 導致機體細胞損傷和細胞凋亡,最終對細胞的功能產(chǎn)生影響從而發(fā)展成不同類型的疾?。?]。研究[5] 顯示: 氧化應激標志物水平升高時,骨量會降低。鹿茸是鹿科動物額外脊上生長的一種附屬性器官,在我國有著悠久的藥用歷史記載[6]。 鹿茸多肽(velvet antlerpolypeptide,VAP) 是鹿茸的主要生理活性物質(zhì)和藥用活性成分。本課題組前期研究[7-8] 顯示:聚丙交酯-乙交酯微球搭載VAP 對PMOP 大鼠模型具有明顯的保護作用; 在骨重建過程中, VAP 能夠使成骨細胞成熟, 同時促進軟骨細胞形成。 研究[9]顯示:VAP 對PMOP 大鼠具有預防作用,但是其具體的作用機制目前尚不明確。本研究通過探討VAP 對PMOP 大鼠的影響,以闡明VAP 抗氧化應激進而保護PMOP 的作用機制,為臨床采用VAP治療PMOP 提供理論依據(jù)。

        1 材料與方法

        1. 1 實驗動物、主要試劑和儀器

        12周齡SPF級SD 大鼠60 只,雌性,體質(zhì)量180~220 g,購自吉林省長春市億斯實驗動物技術有限責任公司,動物生產(chǎn)許可證號:SCXK (吉) 2020-0002。本研究所用實驗動物操作均遵守實驗動物倫理保護法,并經(jīng)過長春中醫(yī)藥大學實驗倫理委員會批準通過(倫理批準號:2020232)。實驗用大鼠的飼養(yǎng)、給藥、模型制備和模型制備后的組織取材均在長春中醫(yī)藥大學實驗動物中心進行,動物使用許可證號:SYXK(吉) 2018-0014。 大鼠飼養(yǎng)于屏障環(huán)境設施中,24 h 自由飲食飲水, 動物飼料、墊料和飲用水消毒滅菌處理后使用,籠具及墊料定期由專人清理和更換。VAP由長春中醫(yī)藥大學藥學院制備,每1 g VAP約含生藥鹿茸28. 9 g, 批號: 20201120。阿侖膦酸鈉( 杭州默沙東制藥有限公司, 批號:H20160100),血鈣(calcium,Ca2+) 檢測試劑盒、血磷(phosphorus, P) 檢測試劑盒、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD) 活性檢測試劑盒和丙二醛(malondialdehyde, MDA) 檢測試劑盒(北京索萊寶科技有限公司, 貨號: BC0725、BC1655、BC0175 和BC0025),大鼠骨堿性磷酸酶(bone alkaline phosphatase,BALP) 和大鼠Ⅰ型前膠原N 端前肽(procollagen of type Ⅰ N-terminalpropeptide, PINP) 酶聯(lián)免疫吸附試驗(enzymelinkedimmunosorbent assay,ELISA) 檢測試劑盒(江蘇酶免生物科技有限公司,貨號:MM-0619R1和MM-20710R1), BCA 蛋白濃度測定試劑盒(上海碧云天生物技術有限公司, 貨號: P0012),磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase,PI3K) 抗體和磷酸化PI3K (phosphorylated PI3K,p-PI3K) 抗體(英國Abcam 公司,貨號:ab86714和ab182651), 蛋白激酶B (protein kinase B,AKT) 抗體和磷酸化AKT (phosphorylated AKT,p-AKT) 抗體(美國 CST 公司, 貨號: 4691s 和4060s)。骨密度儀(美國HOLOGIC 公司, 型號:Discovery Wi), 多功能微孔酶標儀(美國賽默飛世爾科技公司,型號:Multiskan FC),生物顯微鏡(德國LEICA 公司, 型號: DM250), 電泳儀(美國Bio-Rad 公司,型號:BE6085),多功能化學發(fā)光成像儀(英國UVltec公司,型號:Q9-Aliance)。

        1. 2 實 驗 動 物 分 組 和 PMOP 模 型 制 備

        60 只SD 大鼠適應性喂養(yǎng)3 d 后隨機分為假手術組、模型組、阿侖膦酸鈉組、低劑量VAP 組、中劑量VAP組和高劑量VAP 組,每組10 只。各組大鼠腹腔注射麻醉后,除假手術組外,其余各組大鼠行摘除雙側(cè)卵巢手術, 復制PMOP 大鼠模型, 術后腹腔注射青霉素鈉,避免傷口感染。假手術組大鼠在上述相同的位置行切開手術但不摘除卵巢,其余操作同上。造模后,低、中和高劑量VAP 組大鼠分別灌胃給予100、200 和300 mg·kg-1·d-1 VAP,假手術組大鼠給予等體積的生理鹽水灌胃,阿侖膦酸鈉組大鼠給予阿侖膦酸鈉2 mg·kg-1·d-1 灌胃, 持續(xù)90 d。末次給藥2 h 后,大鼠麻醉后行腹主動脈取血,按組別分裝好血清,?80 ℃條件下保存?zhèn)溆谩?/p>

        1. 3 雙能 X射線骨密度儀檢測各組大鼠股骨骨密度(bone mineral density, BMD)

        處死各組大鼠后,取右側(cè)股骨組織約1 cm,采用雙能X 射線骨密度儀按照儀器說明書操作檢測各組大鼠股骨BMD。

        1. 4 ELISA 法 檢 測 各 組 大 鼠 血 清 中 Ca2+ 、P、BALP 和 PINP 水 平

        取 各 組 大 鼠 血 清 , 按 照ELISA 試劑盒說明書中的方法分別檢測各大鼠血清中Ca2+ 、P、BALP 和PINP 水平(單位分別為mmol·L-1、mmol·L-1、μg·L-1 和μg·L-1)。

        1. 5 采用試劑盒檢測各組大鼠血清中SOD活性和MDA水平

        取各組大鼠血清, 按照試劑盒說明書中的方法分別檢測各組大鼠血清中SOD 活性(U·mL-1) 和MDA 水平(μmol·L-1)。

        1. 6 HE 染色觀察各組大鼠骨組織病理形態(tài)表現(xiàn)

        實驗完成后,剝離各組大鼠的股骨,采用 4%多聚甲醛固定,將固定好的骨組織放入脫鈣液中浸泡脫鈣24 h, 分別加入酒精梯度脫水, 二甲苯透明,石蠟包埋制成石蠟切片。經(jīng)過HE 染色,中性樹脂封片,顯微鏡下觀察各組大鼠骨組織病理形態(tài)表現(xiàn)并拍照。

        1. 7 Western blotting 法檢測各組大鼠骨組織中p-PI3K

        PI3K、p-AKT和AKT蛋白表達水平 將凍存的各組大鼠股骨組織取出,常溫靜置解凍,剪碎后于勻漿管中裂解、勻漿和破碎,取上清液采用BCA 法測定蛋白濃度; 配制電泳液和轉(zhuǎn)膜液, 配膠、上樣、轉(zhuǎn)膜、5% 脫脂奶粉封閉,剪膜,加一抗搖床過夜,室溫孵育二抗,ECL 顯色,以β-actin為內(nèi)參,采用凝膠成像系統(tǒng)進行分析并保存,采用Image J 圖像分析軟件分析蛋白條帶灰度值,計算目的蛋白表達水平。目的蛋白表達水平=目的蛋白條帶灰度值/β -actin 蛋白條帶灰度值。同時計算p-PI3K/PI3K 和p-AKT/AKT 比值。

        1. 8 統(tǒng)計學分析

        采用 SPSS 22. 0統(tǒng)計軟件進行統(tǒng)計學分析。各組大鼠股骨BMD,各組大鼠血清中Ca2+、P、BALP、PINP 和MDA 水平及SOD 活性, 各組大鼠骨組織中p-PI3K/PI3K 和p-AKT/AKT 比值均符合正態(tài)分布,以-x±s 表示,多組間樣本均數(shù)比較采用單因素方差分析,組間樣本均數(shù)兩兩比較采用LSD-t 檢驗。以Plt;0. 05 為差異有統(tǒng)計學意義。

        2 結 果

        2. 1 各組大鼠股骨BMD

        與假手術組比較,模型組大鼠股骨BMD 降低(Plt;0. 01); 與模型組比較,阿侖膦酸鈉組、中劑量VAP 組和高劑量VAP 組大鼠股骨 BMD 升高(Plt;0. 05 或Plt;0. 01)。見表1。

        2. 2 各組大鼠血清中 Ca2+、P、BALP 和 PINP水平

        與假手術組比較,模型組大鼠血清中Ca2+、P、BALP 和PINP 水平降低(Plt;0. 05 或Plt;0. 01);與模型組比較,中劑量VAP 組大鼠血清中P 水平升高(Plt;0. 01), 阿侖膦酸鈉組和高劑量VAP 組大鼠血清中Ca2+、P、BALP 和PINP 水平升高(Plt;0. 05)。見表2。

        2. 3 各組大鼠血清中

        SOD活性和 MDA水平 與假手術組比較, 模型組大鼠血清中SOD 活性降低(Plt;0. 05), MDA 水平升高(Plt;0. 01); 與模型組比較,阿侖膦酸鈉組和高劑量VAP 組大鼠血清中 SOD 活性升高(Plt;0. 05), MDA 水平降低(Plt;0. 05)。見表3。

        2. 4 各組大鼠骨組織病理形態(tài)表現(xiàn)

        HE染色顯微鏡下觀察:假手術組大鼠骨小梁粗壯,骨細胞分布均勻,結構緊密;與假手術組比較,模型組大鼠骨組織中骨小梁細小,出現(xiàn)大面積斷裂,髓腔變大,骨細胞排列不均勻;與模型組比較,阿侖膦酸鈉組和高劑量VAP 組大鼠骨組織中骨小梁更為粗壯,髓腔變小。見圖1。

        2. 5 各組大鼠骨組織中 p-PI3K/PI3K 和 p-AKT/AKT比值

        與假手術組比較,模型組大鼠骨組織中p-PI3K/PI3K 和p-AKT/AKT 比值降低(Plt;0. 01);與模型組比較,各劑量VAP 組大鼠骨組織中p-PI3K/PI3K 比值升高(Plt;0. 05 或Plt;0. 01),阿侖膦酸鈉組和高劑量VAP 組大鼠骨組織中p-AKT/AKT 比值升高(Plt;0. 01)。見圖2 和表4。

        3 討 論

        目前, 我國PMOP 發(fā)病率不斷升高[10]。臨床治療PMOP 的常用藥物主要包括二膦酸鹽和鍶鹽等,但是長期應用機體對該類藥物的耐藥性增加,同時可能伴隨著多種不良反應[11]。在我國治療骨病的歷史中,中醫(yī)藥發(fā)揮了重要作用,鹿茸是其中的核心藥材之一,多年來在臨床上廣泛應用且未見明顯的不良反應[12]。VAP 作為鹿茸的主要藥效成分, 對多種原因引起的OP 具有明顯的保護作用。本研究采用摘除雙側(cè)卵巢的方法復制大鼠PMOP模型,與假手術組比較,模型組大鼠股骨BMD 降低,股骨組織中的骨小梁整體排布紊亂,骨小梁變細, 有部分已經(jīng)斷裂, 表明PMOP 動物模型建立成功。

        MDA 是一種氧化應激因子,可反映機體的氧化損傷程度,對于機體細胞有一定的毒性[13]。SOD 活性和MDA 水平可以作為正常機體評判氧化應激程度的指標,SOD 在機體內(nèi)起到清除ROS 的作用, 以此減輕機體的氧化應激損傷[14]。本研究結果顯示:PMOP 大鼠給予VAP 干預后,血清中SOD 活性升高, MDA 水平降低, 且呈劑量依賴性,表明VAP 對PMOP 具有治療作用,且其作用機制可能與抗氧化應激有關。

        PI3K 是存在于細胞中的一種信號轉(zhuǎn)導分子,具有磷脂酰肌醇激酶的活性,多種來自于細胞外信號的刺激、激素和氧化環(huán)境等均可對PI3K 產(chǎn)生激活作用[15]。AKT 是PI3K 的重要載體, AKT 活化后可以促進參與相關細胞生長和凋亡的蛋白質(zhì)磷酸化, 進而傳達細胞生長信號[16]。PI3K/AKT 信號通路參與細胞的存活和代謝等多種生理過程 [17],作為調(diào)控成骨細胞和破骨細胞功能的信號通路網(wǎng)的中心,對維持骨質(zhì)疏松癥骨組織動態(tài)平衡具有重要作用[18]。研究[19] 表明:PI3K/AKT 信號通路可以促進成骨細胞的增殖、分化和骨形成進而達到抑制OP 的目的。研究[20-22] 顯示:地塞米松可以通過下調(diào)p-PI3K 的表達進而抑制成骨細胞和MC3ET3-E1細胞中PI3K/AKT 信號通路的激活, 最終抑制細胞增殖并誘導其凋亡;給予PI3K/AKT/mTOR 信號通路抑制劑LY294002 干預后, PI3K 和p-AKT表達水平均降低,表明PI3K/AKT/mTOR 通路在體外成骨的過程中發(fā)揮了積極的調(diào)節(jié)作用。激活PI3K/AKT 信號通路可對成骨細胞表達VEGF 發(fā)揮誘導的作用,進而加速血管的形成過程,同時提高BMD,增加骨形成,發(fā)揮治療OP 的作用[23-24]。本研究結果顯示:與假手術組比較,模型組大鼠骨組織中p-PI3K/PI3K 和p-AKT/AKT 比值降低,說明PMOP 的發(fā)生與PI3K/AKT 信號通路有關; 經(jīng)過VAP 給藥干預后, 大鼠骨組織中p-PI3K/PI3K和p-AKT/AKT 比值升高, 表明PI3K/AKT 信號通路被激活, 進一步證明VAP 可有效激活PI3K/AKT 信號通路,進而促進骨形成,發(fā)揮治療PMOP的作用。

        綜上所述, VAP 對PMOP 大鼠具有明顯的保護作用,并且其效果可能與VAP 劑量有一定關聯(lián),其抗PMOP 的作用機制可能通過介導PI3K/AKT信號通路途徑對抗氧化應激過程進而實現(xiàn)骨保護作用。但PMOP 的發(fā)生機制復雜, 由多種因素共同參與,因此VAP 通過PI3K/AKT 信號通路發(fā)揮抗PMOP 的作用機制有待進一步研究。

        利益沖突聲明:

        所有作者聲明不存在利益沖突。

        作者貢獻聲明:

        遲雪婷參與實驗方案設計、數(shù)據(jù)整理分析和論文撰寫,陳芳園、皮子鳳、律廣富、王雨辰和李銀清參與實驗操作和數(shù)據(jù)收集,黃曉巍和林喆參與實驗設計指導和論文審校。

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        [基金項目] 吉林省科技廳科技發(fā)展計劃項目(20210101200JC);吉林省發(fā)改委創(chuàng)新能力建設項目(2021C011);國家級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目(202210199049)

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