关键词:
强直性脊柱炎
青藤碱
炎症
成骨分化
整合素α5
摘要:
一、研究背景强直性脊柱炎(Ankylosing Spondylitis,AS)是一种慢性炎性自身免疫病,典型的发病部位是骶髂关节和肌腱韧带附着点。晚期可发生脊柱或外周关节的融合,导致患者丧失运动功能和生活能力,给家庭和社会带来沉重的经济负担。炎症和病理性新骨形成是AS最主要的两个病理特征,早期主要表现为炎症及其引起的骨侵蚀破坏,晚期则引起异位新骨形成。炎症作为始动因素,贯穿着疾病发展的整个过程,目前关于它的研究较多。而关于病理性新骨形成的研究和相应治疗药物的研发尚处于初级阶段。临床目前使用的AS的治疗药物主要包括非甾体类抗炎药(NSAIDs)和生物制剂(TNF-α阻滞剂),虽然取得了良好的抗炎效果,但有一定的局限性和副作用,且对于AS新骨形成的作用没有明确证据。NSAIDs作为AS治疗指南推荐的一线药物,具有良好的抗炎镇痛效果,但需长期服用,有心血管,胃肠道和肾脏毒性等副作用。同样的,TNF-α阻滞剂对部分患者无效,价格也十分昂贵,还有报道其可能增加患肿瘤的风险。因此,开发治疗AS的新型药物是非常有必要的。天然产物由于其良好的化学多样性,优秀的药理活性,相对低的毒性和便宜的价格而被广泛接受作为新药筛选研究中的主要化合物。生物碱作为其中的一组天然产物,多年来广泛应用于民间中医药和现代医学。青藤碱是生物碱中的一种,它具有广泛的生物活性,目前已知的功能包括免疫抑制、神经保护、记忆力增强、抗血管生成和抗肿瘤等。到目前为止,青藤碱对AS是否有治疗作用及其具体作用机制并没有文献报道。青藤碱对细胞成骨分化的作用也未见报道。因此,本课题主要是在体内和体外水平探索小分子化合物青藤碱对AS炎症和新骨形成的作用及其可能的具体分子机制。二、研究目的第一部分:在细胞和动物模型两个水平探索青藤碱对AS炎症的作用及具体机制。第二部分:探索青藤碱对骨髓间充质干细胞成骨分化进程的影响。第三部分:探索青藤碱抑制骨髓间充质干细胞成骨分化进程的具体分子机制。三、研究方法第一部分:(1)分离培养AS患者外周血中的单核细胞,用TNF-α刺激细胞激活炎症反应,同时细胞预敷青藤碱,用酶联免疫吸附试验(ELISA)检测细胞上清液中细胞因子IL-1β和IL-6的表达情况,用免疫印迹(Western blot)法检测NF-κB信号通路的活化情况。(2)诱导单核细胞向巨噬细胞分化,用TNF-α刺激细胞激活炎症反应,同时细胞预敷青藤碱,用免疫荧光(IF)法检测NF-κB信号通路转录因子p65在细胞内的定位。(3)构建蛋白聚糖诱导的脊柱关节炎模型(PGIA),给予模型小鼠青藤碱灌胃治疗,记录各组小鼠爪子红肿评分并作图,检测外周血细胞因子IL-1β、IL-6和IL-17A的表达,收集脊柱组织并进行苏木精-伊红染色(H&E)和番红O染色,利用流式细胞术检测小鼠脾脏中Th17细胞和Treg细胞的比例。第二部分:(1)Ficoll密度梯度离心法分离培养AS患者和正常对照组的骨髓间充质干细胞,通过观察细胞形态学和增殖速度,利用流式细胞术检测干细胞特异性表面标志物来鉴定所提取培养的干细胞的纯度。(2)分别诱导AS患者和正常对照的骨髓间充质干细胞成骨分化,通过茜素红S染色和钙结节定量比较两组干细胞成骨能力的差异。(3)诱导AS患者的骨髓间充质干细胞成骨分化,同时给予青藤碱孵育细胞,通过实时定量荧光PCR(Real-Time PCR)检测成骨相关基因Runx2、ALP和COL1A1的表达,ALP染色和活性检测,茜素红S染色和钙结节定量来判断青藤碱对干细胞成骨分化的影响。第三部分:(1)将实验分为阴性对照组、成骨诱导组和成骨诱导+青藤碱组,诱导骨髓间充质干细胞成骨分化3天后进行转录组测序,通过GO富集分析和Pathway分析寻找青藤碱可能参与的生物过程和信号通路,然后通过趋势分析进一步的筛选成骨分化升高而被青藤碱抑制的信号通路,接着对挖掘到的PI3-Akt信号通路中的差异基因进行蛋白-蛋白互相作用网络(PPI)分析,寻找核心基因整合素α5(ITGA5)。(2)Real-Time PCR和western blot检测成骨分化及青藤碱抑制成骨分化过程中ITGA5的表达变化。(3)药物亲和力反应目标稳定性实验(DARTS)检测青藤碱是否和ITGA5直接结合。(4)通过siRNA和shRNA的方法敲减ITGA5的表达,观察ITGA5对成骨分化的影响。(5)R语言对AS小鼠模型脊柱组织的GEO芯片再分析,探索ITGA5在AS中的表达。四、研究结果第一部分:(1)通过TNF-α刺激AS单核细胞的炎症反应,同时给予青藤碱预敷细胞,ELISA结果显示青藤碱抑制由TNF-α诱导的单核细胞IL-1β和IL-6细胞因子的分泌,western blot结果表明青藤碱抑制由TNF-α诱导的NF-κB信号通路转录因子p65的磷酸化