缺氧环境下体外培养髓核细胞的骨钙素变化,细胞生物学论文

缺氧环境下体外培养髓核细胞的骨钙素变化,细胞生物学论文椎间盘由髓核、纤维环和软骨终板3部分组成，是人体中最大的无血管组织。四岁时椎间盘就几乎没有任何血管，间盘营养严重减少，髓核细胞群随之发生明显变化，脊索细胞被更多的能适应无氧环境的软骨细胞和纤维母细胞所代替；十岁时颈椎间盘已经成为一个无血管的组织，其营养供给主要来自于软骨终板的浸透。软骨终板部分浸透性较周围部分高。软骨终板部分有1/3区域能够浸透，而周围部分仅约1/10区域能够浸透；软骨终板在髓核处溶质浸透占整个软骨终板的85%,在软骨终板接近内呈纤维环处下降到35%,在软骨终板接近外层纤维环界面处几乎完全不能浸透。椎间盘营养通路主要有终板途径和纤维环途径：椎体内的血管不断分支，在软骨终板下骨质构成血管袢，包括氧气在内的绝大部分营养物质通过这些血管袢经扩散作用透过软骨终板、椎间盘基质，最终到达内部的椎间盘细胞，而乳酸等代谢废物经过相反途径排出，此即终板途径，Du等通过动态加强MRI清楚观察到这一现象[1];小部分营养物质通过分布到最外层纤维环的血管末梢来提供养分，即纤维环途径[2-3].但随着机体的老化，供给椎间盘周围的血管数量减少，软骨终板逐步钙化，氧气等营养物质的供给及代谢废物的排除遭到阻滞，椎间盘内逐步构成缺氧微环境。这种微环境对椎间盘退变的发生发展怎样产生影响，椎间盘退变能否与缺氧环境有关，这些都成为近年来学者们研究的重要课题。骨钙素是骨转化的重要指标，能反响骨质疏松的状况[4].近期研究发现骨钙素介入诱导椎间盘软骨终板的退变钙化经过，影响椎间盘退变[5].本实验拟通过体外培养髓核细胞，应用免疫学及组织化学原理，对组织切片或细胞标本中的某些化学成分进行原位的定性、定位或定量研究，判定缺氧环境能否是骨钙素〔OCN〕变化的因素。1材料与方式方法1.1主要试剂和仪器永生化人髓核细胞株〔上海拜力生物〕,基础培养箱，HF100三气培养箱，骨钙素〔OCN〕检测试剂盒〔一抗，二抗，中杉金桥公司〕,磷酸盐缓冲液〔PBS〕,4%多聚甲醛试剂，曲拉通X-100,H2O2溶液，牛血清白蛋白〔BSA〕,DAB显色试剂盒，CKX31-A12PHP倒置显微镜〔Olympus公司〕.1.2免疫细胞化学染色检测髓核细胞常氧与需氧下OCN表示出，采用免疫组织化学SABC法制作髓核细胞爬片，于37℃常氧培养箱，和模拟椎间盘缺氧〔3%O2〕条件的培养箱中培养；于规定时间节点取出细胞爬片，PBS缓慢洗涤3次，每次5min,室温枯燥；4%多聚甲醛固定20min,PBS缓慢洗涤3次，每次5min;3%Triton-100处理20min,PBS缓慢洗涤3次，每次5min;3%H2O2处理15min,PBS缓慢洗涤3次，每次5min;山羊血清或者BSA封闭2h,PBS缓慢洗涤3次，每次5min;一抗〔兔抗人OCN单抗〔1∶200〕〕4℃过夜封闭；将玻片从4℃取出，室温复温30min,PBS缓慢洗涤3次，每次5min;室温孵育二抗〔生物素标记的羊抗兔IgG抗体〕,结合2h,PBS缓慢洗涤3次，每次5min;三抗〔SABC〕封闭，室温下结合2h,PBS缓慢洗涤3次，每次5min;DAB显色3~10min,待细胞出现特异性染色后用水洗涤，镜检；盐酸乙醇分化，氨水反蓝，镜检；脱水，封闭；拍摄，细胞核均染为蓝色，OCN表示出阳性细胞胞质均染为棕色。1.3免疫组化图像分析用Image-ProPlus〔IPP〕6.0分析免疫组化图片，根据染色染料颜色的深浅〔光密度〕及分布面积大小来确定目的蛋白的量。染色区域分布面积与目的蛋白量成正比。染色的颜色深浅〔光密度〕与目的蛋白量的定量关系符合朗伯-比尔定律，是对数关系。每张切片在高倍镜下〔100〕随机选取8个视野，应用图像分析系统进行半定量检测，结果以平均灰度值表示。平均灰度值高〔染色强度弱、透光度强〕表示OCN表示出水平低；反之则表示表示出水平高。平均光密度OD值〔吸收光的物质的光学密度，与染色物质的量相关〕高，表示OCN表示出水平高；反之则表示表示出水平低。将图片上各点的光密度值累加起来，得到IOD.此值与目的物质的总量成正比。IOD值除以细胞个数，得到单个细胞的meandensity,此值反映了单个细胞OCN表示出的水平。1.4统计学处理应用SPSS19.0统计学软件进行数据处理。检测数据以ms表示，组间比拟采用单因素方差分析TamhanesT2检验，以P0.01为差异有统计学意义。2结果2.1生长曲线分析检测结果见图1~2在培养48、72h时，缺氧组髓核细胞较常氧组细胞增殖速度减缓40%.2.2常氧与需氧环境中髓核细胞OCN的表示出髓核细胞OCN的表示出检测结果见图3~4和表1.缺氧组与常氧组均可见OCN表示出阳性细胞，且与常氧组比拟，缺氧组多数阳性细胞的细胞质染色较深。在培养24h时，缺氧组髓核细胞OCN表示出水平与常氧组比拟，差异无统计学意义。在培养48、72h时，缺氧组髓核细胞OCN表示出水平均明显高于常氧组〔P0.01〕,且缺氧组髓核细胞OCN表示出水平随缺氧时间延长而逐步升高〔P0.01〕,常氧组各时间段之间髓核细胞OCN表示出水平无统计学差异。3讨论近年来在椎间盘组织工程及生物学研究方面获得的进展，为椎间盘退行性变的生物学治疗提供了较好前景。大量的研究表示清楚，OCN介入了椎间盘软骨终板的退变钙化经过，OCN敲除可能抑制软骨终板的退变钙化[6].Idelevich等研究证实OCN过表示出能促进血管平滑肌细胞和软骨细胞株的分化及矿化[7],而OCNsiRNA能抑制主动脉血管的骨化和矿化[8].本实验在体外成功构建了人髓核细胞缺氧模型，通过免疫组织化学方式方法，对不同缺氧时期OCN在体外培养髓核细胞中的表示出进行定量检测，结果显示在培养48、72h时，缺氧组髓核细胞OCN表示出水平均明显高于常氧组〔P0.01〕,且缺氧组髓核细胞OCN表示出水平随缺氧时间延长而逐步升高，讲明缺氧可诱导髓核细胞OCN的表示出上调，缺氧环境下髓核细胞的骨钙素过表示出，这个结果可以以间接讲明缺氧可能对椎间盘软骨终板矿化起到促进作用。本实验有助于进一步揭示椎间盘退变的病理机制，为椎间盘退变的防治开拓新思路与新途径。以下为参考文献：[1]DUH,MASH,GUANM,etal.Dynamiccontrastenhancedmagneticresonanceimagingstudyofthenutritionpathwayforlumbarintervertebraldiskcartilageofnormalgoats[J].OrthopSurg,2018,3〔2〕:106-112.[2]GRUNHAGENT,SHIRAZI-ADLA,FAIRBANKJC,etal.Intervertebraldisknutrition:areviewoffactorsinfluencingconcentrationsofnutrientsandmetabolites[J].OrthopClinNorthAm,2018,42〔4〕:465-477.[3]URBANJP,SMITHS,FAIRBANKJC.Nutritionoftheintervertebraldisc[J].Spine,2004,29〔23〕:2700-2709.[4]SCHAFERAL,SELLMEYERDE,SCHWARTZAV,etal.Changeinundercarboxylatedosteocalcinisassociatedwithchangesinbodyweight,fatmass,andadiponectin:parathyroidhormone〔1-84〕oralendronatetherapyinpostmenopausalwomenwithosteoporosis〔thePaTHstudy〕[J].JClinEndocrinolMetab,2018,96〔12〕:1982-1989.[5]ZHANGZM,JIANGLS,JIANGSD,etal.Differentialarticularcalcifiedcartilageandsubchondralboneinpostmenopa-usalwomenwithosteoarthritisandosteoporosis:two-dimensionalanalysis[J].JointBoneSpine,2018,76〔6〕:674-679.[6]NGKW.Regulationofglucosemetabolismandtheskeleton[J].ClinEndocrinol〔Oxf〕,2018,75〔2〕:147-155.[7]IDELEVICHA,RAISY,MONSONEGO-ORNANE.BoneGlaproteinincreasesHIF-1alpha-dependentglucosemetabolismandinducesca