1.1 设计 体外细胞实验+动物实验。
1.2 时间及地点 实验于2023年10月至2024年10月在联勤保障部队第九四〇医院骨科研究所进行。
1.3 材料
1.3.1 细胞与材料 RAW264.7细胞由无锡菩禾生物医药技术有限公司提供;金属钛颗粒(尺寸5-20 μm)由翁江试剂公司提供。
1.3.2 主要试剂与仪器 抗酒石酸酸性磷酸酶检测试剂盒(无锡菩禾生物医药技术有限公司);异甘草素(7440-32-6)、骨片、甲苯胺蓝染色液(北京索莱宝科技有限公司);胎牛血清(苏州双洳生物科技有限公司);高糖DMEM培养液(上海源培生物科技公司);RANKL(R&D系统公司);p65抗体(美国MCE公司);p-p65、小鼠单克隆GAPDH、IkBα(武汉三鹰生物技术有限公司);HRP标记羊抗小鼠二抗、HRP标记羊抗兔二抗(北京中杉金桥生物技术有限公司);Trizol(美国Invitrogen公司);CCK-8试剂盒、Hoechst 33258和Actin-Tracker-Green-488(上海碧云天生物技术有限公司);反转录试剂盒(日本Toyobo公司);dNTPs(北京艾德莱公司);肿瘤坏死因子α、小鼠白细胞介素6和基质金属蛋白酶9 ELISA试剂盒(南京建成科技有限公司);3%戊巴比妥钠(美国Sigma公司);NanoDrop-2000分光光度计(美国赛默飞世尔科技公司);酶标仪(MK3,Thermo);荧光显微镜(IX73,OLYMPUS);显微镜(XDS-1A,上海精密)。
1.3.3 实验动物 48只雄性BALB/c小鼠,6-8周龄,体质量25-30 g,购自联勤保障部队第九四〇动物中心,许可证号:SYXK(甘)2023-0007。所有小鼠均在标准环境下饲养:室温26 ℃,湿度55%,每天12 h光照,自由活动和进食。实验已获得联勤保障部队第九四〇医院伦理委员会批准,批准文号为2024KYLL237D。
1.4 实验方法
1.4.1 RAW264.7细胞的培养 使用含体积分数10%胎牛血清、1%青/链霉素的高糖DMEM基础基(完全培养基)培养RAW264.7细胞,置于37 ℃、体积分数5%CO2恒温箱中。观察细胞覆盖率达到100%后进行传代,使用第3代细胞进行后续实验。
1.4.2 钛颗粒处理 将30 mg钛颗粒浸泡在硝酸中4 h,用纯净水冲洗后再用PBS冲洗,在体积分数75%乙醇中振荡过夜以去除表面毒素,用PBS清洗后在4 ℃下用 1 mL完全培养基保存。使用厦门鲎试剂盒检测钛颗粒中内毒素含量低于0.1 EU/mL后用于细胞实验。
1.4.3 异甘草素和钛颗粒对RAW264.7细胞的毒性作用 将RAW264.7细胞以5×104/孔的密度接种于96孔板中,加入完全培养基培养,观察细胞贴壁后分别加入不同质量浓度[0(对照),10-5,10-4,10-3,10-2,10-1,1 mg/mL]的钛颗粒或不同浓度[0(对照),1.25,2.5,5,10,20,40 µmol/L]的异甘草素,或者0.1 mg/mL钛颗粒+不同浓度的[0(对照),1.25,2.5,5,10,20,40 µmol/L]的异甘草素。培养24,48,72 h后吸除培养基,向各孔中加入10%CCK-8溶液于37 ℃下避光孵育2 h,使用酶标仪测定450 nm波长处的吸光度值,计算细胞增殖率。空白组仅加入培养基,未加入钛颗粒、细胞与药物。通过细胞增殖率结果筛选钛颗粒、异甘草素后续干预浓度。
细胞增殖率=(实验组吸光度值-空白组吸光度值)/(对照组吸光度值-空白组吸光度值)×100%
1.4.4 细胞实验
实验分组与干预:将第3代RAW264.7细胞按照4×104/孔的密度接种与24孔培养板中,观察细胞贴壁后分5组处理:对照组不进行任何处理,钛颗粒组加入0.1 mg/mL钛颗粒,破骨诱导组加入50 ng/mL RANKL诱导破骨细胞分化[13],破骨诱导+钛颗粒组同时加入50 ng/mL RANKL与0.1 mg/mL钛颗粒,异甘草素组加入50 ng/mL RANKL与0.1 mg/mL钛颗粒处理第2天加入20 μmol/L异甘草素。每2 d换液一次。
白光观察:RANKL诱导处理5 d后,显微镜下观察拍照。
抗酒石酸酸性磷酸酶的检测:RANKL诱导处理5 d后去除培养基,用PBS清洗细胞3次,40 g/L多聚甲醛固定10 min,用PBS清洗3次,滴加抗酒石酸酸性磷酸酶染色液孵育30 min,显微镜镜下识别阳性染色的多核破骨细胞(至少包含3个细胞核),利用Image J软件定量分析破骨细胞数量。
F-actin染色:RANKL诱导处理5 d后去除培养基,用PBS清洗细胞3次,40 g/L多聚甲醛固定10 min,用PBS清洗3次;于冰上使用0.1%Triton破膜10 min,用PBS清洗3次;滴加罗丹明标记的肌动蛋白染液于37 ℃避光孵育60 min,滴加Hoecbst染色液避光孵育10 min,使用荧光显微镜获取图像,利用Image J软件定量分析肌动蛋白环面积比例。
Western Blot检测:Western Blot 检测核因子κB中p65、IkBa磷酸化蛋白表达。RANKL诱导处理5 d后,用细胞蛋白试剂盒提取各组细胞蛋白,BCA蛋白定量试剂定量检测蛋白浓度。配置12%分离胶溶液,50 µg/孔加入蛋白匀浆,用十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳,硝酸纤维素膜转膜,5%牛血清白蛋白封闭1 h,加入一抗(1∶1 500稀释比)于4 ℃封闭过夜,加入二抗(1∶10 000稀释比)于室温孵育2 h,加入显色液,上机曝光。
ELISA检测:RANKL诱导处理5 d后,4 ℃下10 000 r/min离心10 min,收集上清液按照试剂盒说明书配制洗涤缓冲液、标准品、生物素化抗体工作液、酶结合物工作液,使用对应的ELISA试剂盒检测肿瘤坏死因子α、白细胞介素6和基质金属蛋白酶9水平[14]。
RT-PCR检测:RANKL诱导处理5 d后,使用TRIzol方法提取样本细胞总RNA,利用NanoDrop-2000仪器检测RNA纯度与浓度。将总RNA反转录成cDNA,利用热循环仪进行PCR扩增反应,反应条件:95 ℃热启动 5 min,95 ℃变性30 s,55-65 ℃退火 30 s,72 ℃延伸30 s,其中变性、退火、延伸进行 30 个循环。扩增过程中,使用dNTP测定组织蛋白酶K、活化T细胞核因子1、原癌基因蛋白及抗酒石酸酸性磷酸酶mRNA表达,以GAPDH为内参。具体的引物序列信息详见表1。
1.4.5 动物实验
构建颅骨骨溶解模型与分组干预:取16只BALB/c小鼠,腹腔注射3%戊巴比妥钠60 mg/kg麻醉后处死,取出颅骨骨片,每个颅骨分为2份,备用。另取32只BALB/c小鼠,参考文献[15-16]的方法构建小鼠背部气囊植骨模型。在小鼠背部注射2 mL无菌空气形成气囊,每天向气囊中注射0.5 mL无菌空气,连续6 d,第7天气囊形成;切开气囊,植入颅骨骨片,随机分为对照组、模型组、溶剂组、异甘草素组,每组8只。植入颅骨骨片后,立即向模型组、溶剂组、异甘草素组气囊内注射0.1 mL钛颗粒悬浮液(300 mg/mL,根据预实验结果确定),构建颅骨骨溶解模型;空白组气囊内注射0.1 mL PBS,缝合切口。造模后第2天,空白组、模型组、溶剂组和异甘草素组分别腹腔注射0.25 mL PBS、0.25 mL PBS、0.25 mL 溶剂(DMSO+玉米油)及0.25 mL异甘草素溶液(40 mg/kg,根据预实验结果确定),隔天注射1次,连续注射2周。干预结束后,腹腔注射3%戊巴比妥钠麻醉后处死小鼠,收集气囊内完整颅骨和软组织,进行后续检测。
抗酒石酸酸性磷酸酶染色:将骨片置于40 g/L多聚甲醛中固定24 h,用EDTA溶液进行脱钙处理30-45 d,每2 d更换1次脱钙液;脱水机内脱水、包埋骨片,切成4 μm切片,每样本取3张,在37 ℃下用抗酒石酸酸性磷酸酶染色液孵育50 min,至破骨细胞呈现酒红色,苏木精核染色后封固,于显微镜下镜观察,利用Image J软件定量分析破骨细胞数量。
ELISA检测:研磨样本,4 ℃下10 000 r/min离心10 min,取上清液,使用对应的ELISA试剂盒检测肿瘤坏死因子α、白细胞介素6和基质金属蛋白酶9水平[14]。
RT-PCR检测:研磨样本,4 ℃下12 000 r/min离心15 min,取上清液,提取总RNA,检测RNA的纯度与浓度。利用热循环仪进行PCR扩增反应,反应条件:95 ℃热启动 5 min,95 ℃变性30 s,55-65 ℃退火 30 s,72 ℃延伸30 s,其中变性、退火、延伸进行 30 个循环。扩增过程中,使用dNTP测定组织蛋白酶K、活化T细胞核因子1、原癌基因蛋白及抗酒石酸酸性磷酸酶mRNA表达,以GAPDH为内参。具体引物序列信息详见表1。
1.5 主要观察指标 各组RAW264.7细胞抗酒石酸酸性磷酸酶染色、F-actin染色和甲苯胺蓝染色结果,各组小鼠气囊内颅骨骨片抗酒石酸酸性磷酸酶染色以及颅骨骨片研磨液中炎症因子与破骨细胞相关基因表达。
1.6 统计学分析 采用GraphPad Prism 13.0软件处理实验数据,数据结果均符合正态性分布,以x±s表示。采用单因素方差分析(One-ANOVA)和双因素方差分析(Two-ANOVA)对数据进行处理,事后进行LSD-t检验。P < 0.05认为差异有显著性意义。文章统计学方法已由甘肃中医药大学生物统计学专家审核。