1.1 设计 体外细胞及分子生物学实验。单因素方差分析和SNK事后检验,Student’s t 检验。
1.2 时间及地点 实验于2022年3月至2023年6月在开封市中心医院科研中心实验室完成。
1.3 材料
1.3.1 试剂 RIPA裂解液、磷酸盐缓冲液(phosphate-buffered saline,PBS)、Ficoll分离液、40 g/L多聚甲醛、茜素红S染色液、氯化十六烷基吡啶、邻硝基苯-β-D-吡喃半乳糖苷(2-Nitrophenyl β-D-galactopyranoside,ONPG)(索莱宝,北京);实时荧光定量PCR(qRT-PCR)试剂盒(诺维赞,南京);Trizol、荧光素酶报告基因试剂盒、Lipofectamine 3000试剂盒 (Thermo,美国);兔多克隆抗体CKIP-1 (ab113663)、兔单克隆抗体Runt相关转录因子2(runt-related transcription factor 2,Runx2) (ab192256)、兔单克隆抗体骨钙素(ab133612)、兔多克隆抗体骨桥蛋白(ab75285)、鼠单克隆抗体β-actin(ab7817) 、山羊抗兔二抗(ab6721)、山羊抗鼠二抗(ab6789)(Abcam,美国);qRT-PCR引物(生工,上海)。
1.3.2 对象 收集2022年3-6月在开封市中心医院骨外科就诊且确诊为骨质疏松症的32例患者的骨髓液设为骨质疏松组,同时取在开封市中心医院体检中心查体做骨髓活检的32例非骨质疏松患者的骨髓液为健康组。
骨质疏松组纳入标准:①年龄18-69岁;②有骨质疏松症史,且骨密度T值≤-2.5;③脊柱压缩性骨折,X射线片或CT检查提示责任椎体压缩及高度丢失;④临床资料完善。
骨质疏松组排除标准:①心脑血管疾病或肝肾功能障碍;②合并类风湿性关节炎及甲状腺功能亢进等影响骨代谢;③合并恶性肿瘤;④近6个月服用过钙剂、糖皮质激素等影响骨代谢药物;⑤认知障碍或精神异常者。
健康组纳入标准:①年龄18-69岁;②无骨质疏松及骨关节相关疾病、肿瘤及严重内分泌疾病。
健康组排除标准:①患有显著影响骨代谢的疾病;②近6个月使用糖皮质激素及钙剂等影响骨代谢药物;③血清钙水平≤110 mg/L,血清25羟基维生素D(25-OH-D)≥15 ng/mL;④有不良习惯者,如大量饮酒及吸烟者等。
受试者均已签署知情同意书,由开封市中心医院医学伦理委员会审查和批准,批准号:2022ks-lw002,批准时间:2022-01-27。
1.4 实验方法
1.4.1 骨髓间充质干细胞分离培养 采用密度梯度离心法[9],将收集的骨髓液与PBS按1∶1稀释混匀,室温离心去除脂肪层后,沿离心管壁缓慢加到等体积Ficoll分离液(1.077 g/mL)上面,室温2 500 r/min离心30 min;吸取界面白膜状层,与PBS混匀后离心弃上清,重复2次。用含体积分数10% FBS的DMEM(低糖)培养基重悬细胞,调整细胞浓度,置于37 ℃、体积分数5% CO2培养箱中培养。培养3 d后换液,弃去悬浮细胞。然后每隔2 d换1次液,当细胞达到90%融合后,以体积分数0.25%胰蛋白酶消化传代,传至第4代,进行实验。
1.4.2 细胞转染及分组 取传至第4代对数生长期的骨髓间充质干细胞接种于6孔板,待细胞培养至融合度70%,用Opti-MEM 培养基分别稀释Lipofectamine 3000试剂、miR-192-5p mimics、NC mimics、miR-192-5p inhibitor、NC inhibitor、野生型CKIP-1质粒、突变型CKIP-1质粒、si-CKIP-1和 si-NC,按照lipofectamine 3000的操作说明在骨髓间充质干细胞中进行转染,分为如下各组:①NC mimics组或miR-192-5p mimics组;②NC inhibitor组或miR-192-5p inhibitor组,以上分组采用蛋白质免疫印迹法检测CKIP-1的蛋白表达水平,采用qRT-PCR及茜素红染色检测成骨分化情况和成骨分化标志物表达水平;③miR-192-5p
mimics+野生型CKIP-1组;④NC mimics+野生型CKIP-1组;⑤miR-192-5p mimics+突变型CKIP-1组;⑥miR-192-5p mimics+突变型CKIP-1组,以上分组采用荧光素酶报告基因检测miR-192-5p与CKIP-1启动子区的结合情况;⑦si-NC+NC inhibitor组;⑧si-NC+miR-192-5p inhibitor组;⑨si-CKIP-1+NC inhibitor组;⑩si-CKIP-1+miR-192-5p inhibitor组,以上分组采用蛋白质免疫印迹法检测CKIP-1及成骨分化标志物的蛋白表达水平,采用茜素红染色检测成骨分化情况。转染后继续培养48 h进行后续实验。
1.4.3 蛋白质免疫印迹 经 10% 的 SDS-PAGE 胶分离后,用含体积分数5% BSA的TBST封闭液室温孵育 1 h,加入抗体(稀释比例CKIP-1,1∶500;Runx2,1∶1 000;骨钙素,1∶1 000;骨桥素,1∶1 000),4 °C 过夜。次日添加二抗(稀释比例1∶5 000),室温孵育 2 h 。ECL发光液发光。用Image J 软件分析条带灰度,以β-actin为内参,计算目的基因灰度值/β-actin灰度值,其比值代表蛋白相对表达量。
1.4.4 RNA测序及miRNA差异表达谱分析 使用mirVana miRNA分离试剂盒(Thermo Fisher Scientific,Waltham,MA,USA)从骨质疏松组和健康组骨髓间充质干细胞中分离出低分子量RNA。使用Illumina HiSeq 4000平台(Illumina,San Diego,CA,USA)根据制造商的说明书测定miRNA表达谱[10]。测序过程由安诺优达基因科技有限公司(北京)支持。测序得到的原始序列数据首先过滤纯化获得高质量序列数据,以保证后续信息分析结果的可靠性。以健康组骨髓间充质干细胞作为参考基因组,使用比对软件Bowtie 2将序列数据与参考基因组进行比对,应用Stringtie软件计算各基因的FPKM,通过Hisat 2软件获得各基因的读码计数,差异表达分析使用edgeR软件包执行。miRNA变化的log2值变化≥2,P < 0.05为差异有显著性意义。
1.4.5 成骨分化诱导及茜素红染色 骨髓间充质干细胞种于6孔板,转染24 h后更换为成骨诱导培养基(体积分数10% FBS、1%青链霉素、1%谷氨酰胺、0.2%抗坏血酸、1% β-甘油磷酸钠、0.01%地塞米松,DMEM高糖培养基),成骨诱导后第14天行茜素红染色[11]。去除培养液,加入40 g/L多聚甲醛室温孵育30 min,PBS 冲洗3次后,加入体积分数2%茜素红S染色液室温孵育10 min,显微镜下观察拍照,观察骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化的情况。然后每孔加入体积分数10%氯化十六烷基吡啶溶解后,酶标仪测定紫外线562 nm波长处吸光度值,每个样本设置3个复孔,计算平均值。
1.4.6 qRT-PCR技术 检测骨质疏松组和健康组骨髓间充质干细胞中筛选出的miRNA表达量;检测健康组骨髓间充质干细胞经成骨诱导后第7,14天,CKIP-1及成骨标志基因Runx2、骨钙素、骨桥素及骨唾液蛋白的表达量。以U6/β-actin为内参计算基因表达量。采用2-ΔΔCT法计算相对表达量。引物序列见表1。

1.4.7 荧光素酶报告基因检测 将转染miR-192-5p mimics+野生型CKIP-1、NC mimics+野生型CKIP-1、miR-192-5p mimics+突变型CKIP-1、miR-192-5p mimics +突变型CKIP-1的骨髓间充质干细胞用PBS洗涤2次。加入裂解液后离心取上清。采用分光光度计检测紫外线波长425 nm处β-gal的吸光度值A425 nm [12],同时采用多功能酶标仪测定底物氧化过程中释放的生物荧光,读数即为荧光值。
1.5 主要观察指标 ①miRNA在骨质疏松患者骨髓间充质干细胞中的差异表达;②荧光素酶报告基因实验检测miR-192-5p对CKIP-1的调控作用;③不同时间点miR-192-5p对骨髓间充质干细胞成骨分化诱导的作用,即成骨诱导第7,14天各组矿化结节数目、大小和颜色深浅,以及各转染组CKIP-1、Runx2、骨钙素、骨桥素和骨唾液蛋白mRNA水平;④miR-192-5p靶向CKIP-1对成骨分化的调控作用。
1.6 统计学分析 利用 GraphPad Prism 8.0软件进行数据分析及作图,所有实验重复3-6次,图像资料用Image J(NIH)软件分析。符合正态分布的计量资料以x±s的形式表示,多组间数据比较采用单因素方差分析和SNK事后检验,两组间数据比较采用Student’s t检验。不服从正态分布的数据采用非参数检验。以P < 0.05为差异有显著性意义。该研究统计学方法已经通过河南大学附属人民医院院内生物统计学专家审核。
中国组织工程研究杂志出版内容重点:干细胞;骨髓干细胞;造血干细胞;脂肪干细胞;肿瘤干细胞;胚胎干细胞;脐带脐血干细胞;干细胞诱导;干细胞分化;组织工程