普伐他汀对激素诱导骨髓基质细胞分化的影响

doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2010.49.008

摘要/Abstract

摘要：

背景：普伐他汀最初作为降血脂药物广泛应用于临床，但随着人们对此类药物研究的深入，显示其对骨形成有一定影响，普伐他汀是否能抑制激素诱导骨髓基质细胞分化成脂肪细胞尚不清楚。
目的：激素诱导骨髓基质细胞分化成脂肪细胞的条件下，观察普伐他汀对这一过程的影响，并探讨其预防和治疗激素性股骨头坏死的可能机制。
方法：取幼兔双侧股骨骨髓，通过细胞贴壁，分离获取骨髓基质细胞，以地塞米松作为脂肪细胞分化的诱导剂，同时加入不同质量浓度的普伐他汀进行干预。培养21 d后，取培养细胞染色，光镜下观察脂肪细胞并采用病理图像分析仪计数；培养12 d后，取培养细胞进行免疫组化染色，观察细胞的碱性磷酸酶活性。
结果与结论：培养21 d后，各组脂肪细胞数目随普伐他汀剂量增大而减少，有剂量依赖性。另外，以地塞米松及不同质量浓度普伐他汀处理细胞12 d后，通过免疫组化方法染色确定其碱性磷酸酶活性明显增高。结果表明地塞米松能够诱导骨髓基质细胞分化成脂肪细胞，使成骨分化减少，而普伐他汀可以抑制骨髓基质细胞分化成脂肪细胞，促进成骨。

关键词: 地塞米松, 骨髓基质细胞, 脂肪细胞, 诱导分化, 普伐他汀

Abstract:

BACKGROUND: Pravastatin as a hypolipidemic drug is widely used in clinic. With the deep research of this kind of drugs, it has effects on bone formation. Whether pravastatin can inhibit the differentiation of hormone-induced bone marrow stromal cells into adipocytes remains poorly understood.
OBJECTIVE: On the base of steroid-induced adipogenesis in bone marrow stromal cells, to observe the influence of pravastatin and comment on the mechanism of prevention and treatment of steroid-induced necrosis of femoral head.
METHODS: Bone marrow of bilateral femur of young rabbits was obtained, and bone marrow stromal cells were isolated by cell adherence. The osteoprogenitor cells were treated with dexamethasone which acted as adipocyte differentiation inducer and various mass concentrations of pravastatin. The cells in culture were stained on day 21 following culture. The number of adipocytes was observed under a light microscope, and counted on a pathological image analyser. Cultured cells received immunohistochemical staining on day 12. Activities of alkaline phosphatase of the cells were measured.
RESULTS AND CONCLUSION: On day 21 following culture, the number of adipocytes in each group was reduced with the increased dose of pravastatin, in a dose dependent fashion. In addition, on day 21 following treatment of dexamethasone and different mass concentrations of pravastatin, immunohistochemical method confirmed that the activities of alkaline phosphatase were significantly increased. Results suggest that dexamethasone can induce the differentiation of bone marrow stromal cells into adipocytes, and reduce osteoblast differentiation. Pravastatin can suppress the differentiation of bone marrow stromal cells into adipocytes, and contribute to osteoblast differentiation.

中图分类号:

R394.2

温国宏，肖增明. 普伐他汀对激素诱导骨髓基质细胞分化的影响[J]. 中国组织工程研究, 2010, 14(49): 9155-.

Wen Guo-hong, Xiao Zeng-ming. Pravastatin effects on steroid-induced differentiation of bone marrow stromal cells[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2010, 14(49): 9155-.

参考文献

引言

材料方法

讨论

正常骨髓组织分为造血系统和基质细胞系统，基质细胞系统是指骨髓腔内为造血系统提供结构和功能支持的结缔组织，造血细胞可以释放某些因子，刺激基质细胞生长^[1] 。基质细胞具有多方向分化的潜能，在不同条件下分化为成骨细胞，肌细胞，脂肪细胞等多种细胞系统^[2] 。
骨髓基质细胞向成骨细胞转化，主要依赖其内含有的骨祖细胞，其具有自动转化为成骨细胞及在骨形蛋白等因子诱导下转化为成骨细胞的功能。
在体外培养中，通过骨髓基质细胞贴壁的自然纯化法获取原代较纯的骨髓基质细胞，而造血细胞等不具有贴壁的特性，通过换液时被清除。
激素性股骨头坏死病理学机制有很多^[3] ，主要有脂肪栓塞学说，由Phemister等首先提出，骨内高压学说，血流变学说，骨细胞脂肪变性坏死等学说。其中对于骨细胞脂肪变性坏死学说，近两年来，众多学者进行了较为深入的研究，认为是激素性股骨头坏死的主要机制。
实验证明，骨髓基质细胞既可向成骨细胞转化，又可向脂肪细胞转化，二者呈反方向变化^[4] ，糖皮质激素在体外培养中可以诱导骨髓基质细胞分化成脂肪细胞，同时也减少其向成骨细胞分化^[5] 。
李月白等^[6]在研究中发现，实验组(应用地塞米松)中出现大量脂肪细胞，且随地塞米松浓度增大而逐渐增多，而对照组中，仅有极少数脂肪细胞出现，说明骨髓基质细胞在无地塞米松条件下几乎不发生脂肪变。从而证明了地塞米松对骨髓基质细胞分化成脂肪细胞的诱导作用，而且其诱导脂肪细胞分化具有一定剂量依赖性，其浓度值为10^-7 mol/L。碱性磷酸酶存在于细胞质中，是细胞成骨分化的一个早期特征，地塞米松在诱导骨髓基质细胞分化成脂肪细胞的同时，抑制了骨髓基质细胞向成骨细胞分化，表现为碱性磷酸酶阳性率降低^[6] ，骨胶原形成减少。
根据本实验显示，使用普伐他汀可以抑制地塞米松诱导骨髓基质细胞向脂肪细胞转化，尽管其进一步明确机制尚不清楚，但地塞米松可以促进骨髓基质细胞中脂肪特异性基因的表达^[7]，因此普伐他汀减少骨髓基质细胞向脂肪转化的机制与此有关。通过免疫组化方法，在骨髓基质细胞培养14 d后处理，显示不同质量浓度的普伐他汀可以增强碱性磷酸酶的活性，其合适质量浓度为6.4×10^-2mg/L，证明普伐他汀可以增强骨髓基质细胞的成骨特性。
普伐他汀是他汀类药物的一种，此类药物已被广泛应用于高血脂及冠状动脉疾病等方面有十余年，其安全性及机制已被国内外众多学者讨论^[8-9] 。主要通过竞争性抑制HMG-COA还原酶起作用^[10] 。然而这类药物在治疗骨质疏松，降低骨折风险，增加成骨性方面也逐步得到开发^[11] 。这种作用是其他降血脂药物所没有的。
Mundy等^[12]是最先报道应用他汀类药物培养动物骨细胞及人骨细胞可以促进骨形成蛋白mRNA的表达，骨形成蛋白是骨形成的调控者。实验证明，应用普伐他汀可以增加新骨形成为原来的两三倍，骨容积增加原来的39%~94%。
骨形成蛋白RNA及蛋白可以抑制甲戊酸盐通道，防止骨吸收，普伐他汀可以诱导骨形成蛋白产生，从而促进骨形成及防止骨吸收^[13] 。
此外，普伐他汀在促进骨形成的机制方面，另外还有一种解释，在720个产后妇女的研究中，Hak等^[14]证明，动脉钙化的进展与骨丢失的密切关系。作者认为动脉粥样硬化中的炎症递质可以引起骨吸收，因此，普伐他汀可以通过抗炎症及抗动脉粥样硬化的效果调整钙在血管及骨之间的重新分布。
在本实验中，通过确定碱性磷酸酶的活性来判定普伐他汀的成骨作用，作者认为，普伐他汀可以通过增加碱性磷酸酶的活性促进钙沉积，从而引起成骨，这与激素降低碱性磷酸酶的活性，刺激破骨细胞活动，引起钙流失的作用相抵消。
但是，在本实验中，普伐他汀的作用也受到了一定的限制，在增大普伐他汀剂量的条件下，抑制骨髓基质细胞向脂肪细胞转化，及增加成骨性的作用并没有随之提高，与空白组存在着差异。证明普伐他汀并不能完全抵消激素的作用。
总之，在体外培养骨髓基质细胞中，普伐他汀在一定程度上可以抑制地塞米松诱导的脂肪细胞转化及成骨性降低等作用，这些作用是与降血脂作用相独立的^[15]。但是，也有一方面要注意到，体外培养的骨髓基质细胞所处的环境相对单纯，没有体内那样有诸多干扰因素的存在。同时，普伐他汀是一种脂溶性药物^[16] 。首先通过肝脏代谢，到达骨髓组织中的药物浓度尚不确定。因此，在将来，于动物模型上进行普伐他汀试验，评价普伐他汀在活体上的效果及了解局部骨组织的浓度及作用方式的工作势在必行，尽管如此，本实验也为将来临床上应用普伐他汀预防和治疗激素性股骨头坏死提供了一个明确依据。

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