目的 探讨生长分化因子15(growth differentiation factor 15,GDF15)在成骨与破骨细胞分化过程中的作用,进而阐述GDF15对老年性骨丢失的影响.方法 用不同浓度GDF15重组蛋白(0、5、25、50μg/L)干预小鼠原代骨髓间充质干细胞,并进行成骨诱导,检测成骨标志物并进行茜素红染色.用上述不同浓度GDF15重组蛋白干预小鼠骨髓中提取的单核细胞,并向破骨细胞诱导分化,检测破骨标志物并进行TRAP染色.采用siRNA干扰GFRAL表达后,观察GDF15对成骨与破骨细胞分化的影响.将GDF15重组蛋白经腹腔注射至小鼠体内(10 nmol/kg),每2天1次,2个月后用Micro-CT检测和分析小鼠股骨骨密度(bone mineral density,BMD)、骨小梁相对体积(bone volume/tissue volume,BV/TV)、骨小梁厚度(trabecular bone thickness,Tb.Th)、骨小梁数量(trabecular bone number,Tb.N)、 骨小梁分离度(trabecular bone separation,Tb.Sp).结果(1)在成骨细胞培养体系中,GDF15能促进成骨基因,如骨钙素(osteocalcin,OCN)、Ⅰ型前胶原氨基末端(N端)前肽(N-terminal propeptide of typeⅠcollagen,P1NP)、碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)和Runt相关转录因子2(Runt-related transcription factor 2,Runx2)mRNA表达与钙结节形成(P＜0.01),并且GDF15对成骨细胞表型的影响随着浓度增加而递增.(2)在破骨样细胞培养体系中,GDF15能抑制破骨基因,如抗酒石酸酸性磷酸酶(tartrated resistant acid phosphatase,TRAP)、组织蛋白酶K(cathepsin K,CTSK)和基质金属蛋白酶9(matrix metallopeptidase 9,MMP-9)mRNA表达,并能明显减少TRAP阳性细胞率(P＜0.01).同样,GDF15对破骨细胞标志基因与TRAP阳性细胞率的影响也随着GDF15蛋白浓度增加而递增.(3)相同浓度GDF15干预下,与对照组相比,成骨细胞中用siRNA沉默GFRAL受体可以减少OCN、ALP和Runx2的mRNA表达(P＜0.05),在破骨细胞中,用siRNA沉默GFRAL受体能增加TRAP、CTSK和MMP-9的mRNA表达(P＜0.05).(4)体内实验中,持续2个月隔天腹腔注射GDF15蛋白的4月龄与17月龄小鼠表现出增高的BV/TV、Tb.N和减少的Tb.Sp(P＜0.05),但是对Tb.Th没有明显影响.小鼠股骨组织化学染色中,OCN+染色显示GDF15蛋白干预能明显增加OCN+细胞数(P＜0.05),TRAP染色显示GDF15干预能明显减少TRAP+细胞数量(P＜0.05).结论 GDF15通过GFRAL受体促进成骨、抑制破骨分化,并能改善老年性骨丢失.

生长分化因子15;成骨分化;破骨分化;GFRAL受体

叶明圣;李宛陶;苏甜;郭奇;肖业;黄燕;罗湘杭

410008 长沙,中南大学湘雅医院内分泌科,内分泌研究中心;710004 西安,西安交通大学第二附属医院肾病科;410008 长沙,中南大学湘雅医院国家老年疾病临床医学研究中心

中华骨质疏松和骨矿盐疾病杂志

[1]叶明圣;李宛陶;苏甜;郭奇;肖业;黄燕;罗湘杭-.生长分化因子15对成骨细胞及破骨细胞分化的影响)[J].中华骨质疏松和骨矿盐疾病杂志,2022(05):496-504

GFRAL,破骨样细胞,tartrated,OCN+,TRAP+

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