周全 , 何帆 , 刘滔
苏州大学附属第一医院
本研究的重点在于亚硒酸钠(Na2SeO3)通过调控线粒体功能恢复骨质疏松(Osteoporosis, OP)下骨髓间充质干细胞(Bone marrow mesenchymal stem cells, BMMSCs)成骨潜能的作用,并制备出一种硒增强生物活性的改性骨水泥材料来加速OP下骨缺损的修复过程。
构建卵巢去势(OVX)大鼠OP模型,提取BMMSCs。体外细胞实验加入100nM Na2SeO3干预OP来源的BMMSCs。CCK-8检测细胞增殖能力;茜素红染色检测骨基质矿化水平,RT-PCR检测成骨基因(Runx2、Ocn和Osx)、谷胱甘肽过氧化物酶1(Gpx1)和线粒体内呼吸链基因(Nd4、Sdha、Atp5和Cox4)的转录水平;Western-Blot检测相关蛋白表达水平。通过相关试剂盒检测GPx酶活性、胞内活性氧(ROS)和线粒体膜电位(JC-1)水平;MitoSOX Red荧光检测线粒体内超氧化物水平。此外,利用siRNA沉默GPx1基因表达,来探究GPx1在Na2SeO3干预OP-BMMSCs过程中的作用。体内实验研究载Na2SeO3的丝素蛋白-磷酸钙骨水泥(SF-CPC)对OVX大鼠股骨髁缺损处填充,Micro-CT和HE染色分析骨缺损处骨组织微结构变化,免疫组化(IHC)分析GPx1在骨组织修复过程中的表达。
Na2SeO3干预后OP-BMMSCs增殖和成骨能力增强。Na2SeO3降低ROS浓度和超氧化物水平,提高GPx酶活性和JC-1水平,上调GPx1和呼吸链基因和蛋白表达。沉默GPx1基因后,上述趋势均逆转。Micro-CT提示硒增强生物活性的改性骨水泥对骨缺损处新生骨骨密度(BMD)、骨体积分数(BV/TV)有显著提升;HE染色证实改性骨水泥显著促进骨组织微结构修复;IHC提示载药组GPx1高表达。
Na2SeO3通过GPx1介导的抗氧化机制可恢复OP-BMMSCs的线粒体功能及其抗氧化能力,从而恢复成骨潜能。并且,硒增强生物活性的改性骨水泥材料能促进骨质疏松大鼠的骨缺损修复。