骨形态发生蛋白信号传导系统与成骨细胞分化

骨形态发生蛋白(bone morphogenetic prote in,BMP)属于转化生长因子-β(transform ing growth factor-,βTGF-β)超家族,能够促进骨的形成。而骨形成的关键是骨髓基质干细胞向成骨细胞分化。BMP及其下游的级联蛋白组成的信号传导系统通过影响相关转录因子,如:Cbfa1,Osx,D lx5/     

骨形态生成蛋白在成骨细胞分化机制中的研究进展

在成骨细胞分化和骨形成过程中，骨形态生成蛋白（BMP）是关键性的调节因素，它通过调节转录因子以及借助一些未知的信号转导途径，发挥诱导分化和定向分化的效应，而借助于受体的特异性信号转导系统和特异的受体抑制剂。其表达水平及功能还可受到多种方式的调控。作者就BMP在骨分化中的作用、基本机制方面的研究进展进行综述。     

骨形态发生蛋白的信号传导通路及其拮抗因子

骨形态发生蛋白(BMPs)是一类属于转化生长因子-β超家族的多功能生长因子,具有诱导骨、软骨组织再生的能力.BMPs通过信号传导通路,引起靶基因的转录和表达.BMPs的生物学活性受多个水平的调控.本文着重就BMPs的信号传导通路及相关负性调控的研究进行综述.     

骨形态发生蛋白及其受体在正常成年大鼠脊髓中的表达分布

目的:观察骨形态发生蛋白(bone morphogenetic proteins,BMPs)及其受体在正常成年大鼠脊髓中的表达分布.方法::取正常成年大鼠脊髓并切片,运用免疫组织化学方法分别检测BMP2,4,7及其受体BMPR Ⅰa,BMPR Ⅰb,BMP Ⅱ的表达.结果:在正常成年大鼠脊髓的前角运动神经元、背角感觉神...     

骨形态发生蛋白信号通路及调控的研究进展

骨形态发生蛋白(BMP)作为转化生长因子β(TGF-β)家族的重要成员,因其在促进成骨及软骨等方面的突出作用,已被从不同的方向来研究以利用其生物作用。BMP作为一类细胞因子有其自身独特的生物信号转导通路。通过研究其信号通路的转导过程及调控途径,能够为进一步调控BMP的生物作用奠定基础。     

骨形态发生蛋白对人骨髓基质细胞的体外成骨分化影响

目的 提取牛骨形态发生蛋白，并观察其对人骨髓基质细胞的体外成骨分化作用，为将骨形态发生蛋白与骨髓基质细胞用于进一步的缺损修复研究提供实验依据。方法 从小牛骨中的提取骨形态发生蛋白，配制条件培养液，并作用于培养状态的人骨髓基质细胞，染色检测细胞碱性磷酸酶，I型胶原表达情况，放免法测定培养液中骨钙素含量。结果 人骨髓基质细胞经衣导培养后，碱性磷酸酶，I型胶原，骨钙素表达明显增加。结论 体外培养时，天然骨形态发生蛋白可促进人骨髓基质细胞的成骨分化。     

骨形态发生蛋白诱导大鼠胚胎NSCs分化研究

目的：建立骨形态发生蛋白（BMP7）诱导大鼠E14中枢神经系统神经干细胞（Neural stem cells,NSCs）分化的模型。方法：50μg／LBMP,处理大鼠E14中枢神经系统NSCs,以RT—PCR、Western杂交和免疫细胞化学方法,检测平滑肌细胞标记物SMA、Calponin的表达。结果：骨形态发生蛋白BMP,处理E14大鼠胚胎NSCs,作用6d后以抗Rip、抗-GFAP和抗pHI—tubulin抗体分别鉴定少突胶质细胞、星形胶质细胞和神经元,发现无一细胞表达Rip抗原,10％左右细胞表达GFAP,约1．4％细胞βⅢHI—tubulin阳性;以抗-平滑肌肌动蛋白（Smooth muscle actin,SMA）和抗-Calponin检测平滑肌细胞标志物SMA和Calpo—nin蛋白的表达,65％的细胞共同表达SMA和Calponin。结论：50μg／LBMP,处理大鼠E14中枢神经系统NSCs,大部分细胞分化为平滑肌细胞,其次为星型胶质细胞。     

骨形态发生蛋白-1的研究进展

骨形态发生蛋白1(BMP-1)是一类金属蛋白酶,属于虾红素家族的成员.它们直接参与ECM中的多种物质调控活动,从而直接或间接地影响着骨骼发生发展以及骨重建的过程和结局.多种蛋白和酶类都可作为BMP-1的底物,本文着重对BMP-1的结构、生物学功能和作用机制等进行综述.     

骨形态发生蛋白在骨形成与修复中的作用

在脊椎动物骨形态发生蛋白 (ＢＭＰ)的重要作用之一是诱导软骨、骨和骨骼的支持组织形成。实际上 ,ＢＭＰ是骨组织形成和修复的一个重要调节因子。 1988年Ｗｏｚｎｅｙ利用重组ＤＮＡ技术克隆得到了ＢＭＰ 1、ＢＭＰ 2和ＢＭＰ 3的ｃＤＮＡ。到目前为止 ,已发现了ＢＭＰ 1～ＢＭＰ 13,并已获得相应的ｃＤＮＡ。除ＢＭＰ 1以外 ,其余均是ＴＧＦ β超家族成员。它们均是机体分泌的信号分子[1 ] 。通过ＢＭＰ的研究 ,有可能发展一种对骨骼疾病治疗的新方法。1　ＢＭＰ与骨诱导在体内ＢＭＰ的活性标志是诱导形成新骨[2 ] 。为确定一种ＢＭＰ的诱…     

Notch信号通路在骨形态发生蛋白9诱导的多潜能干细胞成骨分化中的作用

目的 初步探讨Notch信号通路对骨形态发生蛋白9(bone morphogenetic protein 9,BMP9)诱导多潜能干细胞成骨分化的作用和机制.方法 腺病毒表达载体(AdBMP9/AdGFP、AdHey1/AdRFP)和BMP9/GFP条件培养基处理C2C12细胞,细胞化学染色和活性定量检测早期成骨标志物碱性磷酸酶(ALP),定量RT-PCR检测Notch信号通路靶基因Hey1,以了解Hey1在AdBMP9介导的成骨分化作用中的表达和作用;采用细胞密度实验和Notch信号通路抑制剂(DAPT)检测Notch信号通路对成骨的影响;在AdBMP9/AdGFP处理下,检测细胞上Notch信号通路配体、受体表达变化.结果 AdBMP9作用下,1、3、5、7 d ALP活性持续增加(P<0.05);Hey1一过性升高,其与AdBMP9呈剂量依赖性;Hey1可协助BMP9成骨(P<0.05),不能单独起效.80%和40%细胞密度组ALP量和Hey1表达均高于20%组(P<0.05);DAPT组中ALP活性明显降低(P<0.05);在AdBMP9作用下,Notch信号通路配受体有不同程度的上调,其中受体Notch4和配体Jag-1上调最为明显(分别为11.3倍和5.1倍).结论 Notch信号通路参与BMP9介导的多潜能干细胞成骨分化,其可能的机制是BMP9通过诱导Notch通路配体、受体表达上调使Hey1升高,后者协同成骨.     

Hypoxia-induced MTA1 promotes MC3T3 osteoblast growth but suppresses MC3T3 osteoblast differentiation

Background

Bone fracture is one of the most common physical injuries in which gene expression and the microenvironment are reprogramed to facilitate the recovery process.

Methods

By specific siRNA transfection and MTT assay, we evaluated the effects of metastasis-associated gene 1 (MTA1) in osteoblast growth. To show the role of MTA1 in osteoblast under hypoxia conditions, by overexpressing and silencing MTA1 expression, we performed mineral deposition and alkaline phosphatase activity assay to observe the differentiation status of osteoblast cells. Real-time PCR and Western blot assays were adopted to detect the expression of certain target genes.

Results

Here, we reported that hypoxia-induced MTA1 expression through hypoxia-induced factor 1 alpha (HIF-1α) and stimulated the growth of osteoblast MC3T3 cells. Silencing of MTA1 through specific siRNA suppressed MC3T3 cell growth and elicited cell differentiation and induced alkaline phosphatase activation and the upregulation of bone morphogenetic protein-2 and osteocalcin.

Conclusions

We found that MTA1 was regulated by HIF-1α in hypoxia circumstance to suppress osteoblast differentiation. These findings provide new insights for bone fracture healing and new strategies to develop potential targets to promote fracture healing.

Electronic supplementary material

The online version of this article (doi:10.1186/s40001-015-0084-x) contains supplementary material, which is available to authorized users.     

软骨形态发生蛋白1诱导真皮成纤维细胞向软骨细胞表型分化的影响因素

目的探讨软骨形态发生蛋白1（CDMP1）生长因子体外诱导真皮成纤维细胞向成软骨细胞表型分化的影响因素。方法取包皮环切术后丢弃的真皮组织共3例,分离成纤维细胞体外培养扩增,以含10％胎牛血清的F—12培养液加入CDMP1（终浓度为100ng／m1）进行诱导,未加CDMP1的作为对照。观察细胞多次传代后（P2、P5、P10）细胞表型分化情况;调整CDMP1浓度分别为10、30、100、300ng／ml,观察诱导后软骨细胞表型的变化;单层培养与微团块培养成纤维细胞分别体外诱导7、14d,逆转录-聚合酶链反应（RT—PCR）检测细胞诱导前后骨形态发生蛋白受体（BMPR）、Ⅱ、Ⅳ、Ⅹ型胶原表达;Western印迹检测细胞诱导前后Ⅱ型胶原、SOX9、蛋白聚糖的表达;流式细胞术检测表面标志CD29、CDl05、CDl06、CDl66及细胞诱导后Ⅰ、Ⅱ型胶原表达。结果细胞多次传代后（P5、P10）仍可表达特异软骨基质Ⅱ型胶原与蛋白聚糖,Ⅱ型胶原阳性细胞率与P2诱导后差异无统计学意义（P〉0．05）。CDMP1浓度为10、30ng／ml诱导7、14d,均未见Ⅱ型胶原与蛋白聚糖表达;CDMP1浓度为100、300ng／ml时,Ⅱ型胶原与蛋白聚糖表达强度差异无统计学意义。单层培养成纤维细胞诱导14d后,软骨基质表达消失;微团块三维培养诱导14d,软骨基质仍保持表达。RT—PCR检测诱导后ActR—Ⅰ／ALK-2,BMPR—IA／ALK-3,BMPR—IB／ALK-6基因表达明显增强。结论在CDMP1生长因子诱导下,人真皮成纤维细胞体外扩增后可保持向成软骨细胞表型分化能力,细胞分化与CDMP1浓度、细胞三维培养条件及BMPR介导有关。     

白细胞介素1刺激破骨细胞性骨吸收作用的实验研究

目的：了解白细胞介素1β（IL－1β）在破骨细胞性骨吸收中的刺激作用及其相应的作用机制。方法：分别将新生大鼠破骨细胞单独以及和成骨细胞联合接种于预置象牙片的培养板中。24h后培养液中加入不同浓度的IL－1β。继续培养48h,然后取出象牙片,超声处理后行甲苯胺蓝染色,光镜下观察骨吸收陷窝的数目并计算其部面积。结果：IL－1β能够明显增加坡骨细胞和成骨细胞联合培养组象牙片上吸收陷窝的数目和面前,且刺激作用呈剂量依赖性,但对单独培养的破骨细胞无明显刺激作用。结论：IL－1β的刺激骨吸收作用由成骨细胞所介导,而非直接作用于破骨细胞。     

大豆异黄酮对体外原代大鼠成骨细胞增殖、分化的影响

目的 :研究大豆异黄酮对体外培养原代大鼠成骨细胞增殖与分化的影响。方法 :采用新生大鼠颅骨分离培养成骨细胞 ,培养液中加入不同浓度的大豆异黄酮 ,以17- β 雌二醇 (E2)作为阳性对照组 ,测定细胞增殖情况、碱性磷酸酶 (ALP)活性及骨钙素 (BGP)含量。结果 :与正常对照组相比 ,大豆异黄酮可增加成骨细胞数量(P<0.01) ,提高细胞的ALP活性和BGP含量(P<0.01)。除ALP外 ,这些作用均低于E2(P<0.01)。结论 :大豆异黄酮可促进体外培养成骨细胞的增殖、分化 ,其作用与雌激素相似 ,但低于雌激素     

Smad信号通路在骨形成蛋白9促进牙囊干细胞成骨向分化中的研究

目的 探索骨形成蛋白9(bone morphogenetic protein 9,BMP9)在诱导大鼠牙囊干细胞(rat dental follicle stem cells,rDFCs)成骨向分化过程中的Smad信号通路调控机制.方法 重组腺病毒骨形成蛋白9 (recombinant adenoviruses expressing BMP9,Ad-BMP9)转染纯化的第3代rDFCs后,Realtime qPCR、碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)染色及活性检测观察BMP9调节rDFCs早期及中晚期成骨能力,茜素红S染色检测钙盐沉积,Western blot检测Smad1/5/8磷酸化水平.结果 BMP9促进rDFCs成骨因子表达:成骨转录因子Runx2、成骨细胞特异性转录因子Osterix、ALP及骨桥蛋白(osteopontin,OPN)在BMP9刺激组较空白组均明显升高(P＜0.05),钙盐沉积及钙结节形成也明显多于空白组,且BMP9促进了Smad1/5/8蛋白磷酸化水平升高.结论 BMP9通过激活Smad信号通路,提高Smad1/5/8蛋白磷酸化水平从而促进早中晚期成骨因子及碱性磷酸酶表达,促进了rDFCs成骨向分化.     

特立帕肽通过cAMP/PKA/CREB信号通路调控高糖微环境下的成骨细胞分化

目的 探讨特立帕肽对高糖微环境下小鼠胚胎成骨细胞（MC3T3-E1）分化的影响及作用机制。方法 将MC3T3-E1细胞分为正常糖组（NG,5.5 mmol/L葡萄糖）、NG+特立帕肽组（5.5 mmol/L葡萄糖+10 nmol/L特立帕肽）、高糖组（HG,25 mmol/L葡萄糖）、HG+特立帕肽组（25 mmol/L葡萄糖+10 nmol/L特立帕肽）和HG+特立帕肽+PKA抑制剂组（25 mmol/L葡萄糖+10 nmol/L特立帕肽+20μmol/L H-89）。CCK-8法检测细胞增殖;ELISA实验检测各组cAMP水平;试剂盒检测碱性磷酸酶（ALP）活性;茜素红染色检测细胞矿化结节生成情况;鬼笔环肽染色后观察细胞骨架;Real-time PCR检测细胞中PKA、CREB、RUNX2和Osx的mRNA表达水平。结果 各组细胞增殖能力差异无统计学意义（P>0.05）。与NG组相比,NG+特立帕肽组细胞cAMP水平升高（P<0.05）,ALP活性增强（P<0.05）,茜素红矿化结节生成能力增强（P<0.05）,细胞骨架清晰程度有所提升,PKA、CREB、R...     

GIT1通过Notch信号通路促进骨髓细胞向破骨细胞分化

目的:研究G蛋白偶联受体激酶结合蛋白1(G-protein coupled receptor kinase-interacting protein 1,GIT1)是否通过Notch信号通路影响骨髓细胞向破骨细胞分化?方法:取8周龄GIT1野生型(GIT1+/+)和GIT1基因敲除(GIT1-/-)小鼠各8只,分离培养小鼠骨髓细胞并向破骨细胞诱导分化?分别在诱导后的4?7 d,检测细胞中抗酒石酸酸性磷酸酶(tartrate-resistant acid phosphatase,TRAP)活性?在诱导后4?7 d,用real-time RT-PCR检测破骨细胞相关基因组织蛋白酶K(cathepsin K,CTSK)?降钙素受体(calcitonin receptor,CTR)和基质金属蛋白酶9(matrix matalloproteinase,MMP-9)的表达,同时检测Notch信号通路受体?配体和目的基因的表达?结果:小鼠骨髓细胞向破骨细胞诱导分化过程中,基因敲除组破骨细胞的大小?数量?密度均低于野生型组;基因敲除组破骨细胞CTSK?CTR和MMP-9的表达均明显低于野生型组,差异有统计学意义 (P < 0.05);基因敲除组Notch信号通路配体Jagged1?受体Notch2和目的基因Hes1的表达明显高于野生型组,差异有统计学意义(P < 0.05)?结论:GIT1缺失可能通过上调Notch信号通路的表达来抑制骨髓细胞向破骨细胞分化?     

微囊化成骨细胞诱导骨髓间充质干细胞体外成骨分化的量效研究

目的探讨微囊化成骨细胞体系细胞添加量对诱导骨髓间充质干细胞体外成骨分化的影响。方法制备含有成骨细胞的海藻酸钠-聚赖氨酸-海藻酸钠微囊,与间充质干细胞的共培养,在1,7,14 d通过细胞增殖量、碱性磷酸酶活性、实时定量PCR等检测,统计结果并分析。结果各时段细胞增量无统计学意义;碱性磷酸酶活性随细胞浓度增加表现出递增趋势,且骨钙蛋白mRNA的表达结果基本一致。结论微囊化成骨细胞在低浓度下已能促进骨髓间充质干细胞成骨分化,浓度升高时促分化能力越强,但达到一定浓度后继续提高时,对成骨分化的作用则不再增强。     

巨噬细胞清道夫受体1通过JAK/STAT3信号通路调节骨髓间充质干细胞成骨分化

目的：探索巨噬细胞清道夫受体1（macrophage scavenger receptor 1,MSR1）对骨髓间充质干细胞（bone marrow mesenchymal stem cell,BMSC）成骨分化的调控作用及机制。方法：在体内水平,对MSR1 野生型（wild type,WT）及敲除（knock out,KO）小鼠进行胫骨骨皮质缺损模型,并于术后第10天对缺损部位进行小动物CT扫描三维重建及参数分析。在体外实验中,用MSR1 WT及KO小鼠来源的原代巨噬细胞的条件培养基刺激BMSC,并通过CCK?8、Transwell、茜素红染色、碱性磷酸酶染色和实时定量逆转录聚合酶链反应等实验检测MSR1对BMSC的增殖、迁移和成骨分化能力的调控作用。最后,通过Western blot和ELISA实验探讨MSR1对BMSC成骨分化发挥调控作用的具体机制。结果：在体内水平,MSR1的缺失可导致小鼠骨愈合能力显著减弱。在体外水平,MSR1的敲除可显著影响BMSC的成骨分化能力,但不影响增殖及迁移能力。在机制探索方面,MSR1可通过JAK/STAT3信号通路上调骨形态发生蛋白2（bone morphogenetic protein 2,BMP2）的分泌,进而发挥其对BMSC成骨分化的调控作用。结论：MSR1是巨噬细胞发挥调节BMSC成骨分化作用的关键分子之一,这为今后靶向MSR1促进骨愈合提供了坚实的理论基础。