调控干预Wnt/β-catenin信号通路对体外培养保存关节软骨组织活性的影响

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目的:  通过调控干预wnt/β-catenin信号通路,检测信号通路关键蛋白β-catenin、GSK3β,以及凋亡蛋白caspase-3的表达变化,探讨体外培养保存关节软骨组织活性与wnt/β-catenin信号通路的相关性,找到阻断培养保存关节软骨凋亡的靶点,为提高培养保存关节软骨组织活性提供实验依据。  方法:  取20只健康成年长枫白猪,40个后膝关节,雌雄不限,无明显关节病变。实验动物麻醉处死后,立即离断后膝关节,两小时内在低温环境下运送至无菌实验室。无菌条件下行膝关节正中切口,暴露并横断髌韧带,切断前后交叉韧带,暴露关节面,在股骨髁负重面上用专用软骨移植器械切取直径7mm、长10mm的圆柱形骨软骨块225枚,投入无菌器皿中,无菌PBS缓冲液冲洗3遍。根据培养液成分的不同随机分为三组,每组75枚:A组基础保存液组(无菌MEME培养液+100u/ml的青链霉素,PH值7.2~7.4);B组:基础保存液中添加浓度为10μmol/L Kenpaullone的抑制剂组;C组:基础保存液添加浓度为10μmol/L SB-216763的增强剂组。在37℃、5%CO2培养箱保存,隔日换液一次,分别于保存的5个时间点,即第1、14、21、28、35天时各取一组关节软骨,进行如下检测:Safranin O染色、EB/FDA荧光染色测软骨细胞的存活率;免疫组化检测β-catenin、GSK3β的蛋白表达;AnnexinV-PI双染测软骨细胞的凋亡;Western blot法观察GSK3β蛋白质磷酸化水平及caspase-3的表达。统计学进行分析,组间比较应用卡方检验,样本均数的比较应用t检验,以P≤0.05有统计学意义。数据均应用单因素的方差分析来进行统计学的处理。  结果:  1、软骨细胞存活率:  软骨细胞存活率整体的趋势是逐渐降低的,A组、B组、C组三组在保存第1天时,存活率差异较小,无统计学意义。保存第14天时,B组保持在90%左右,其余两组均低于90%,且组间比较有统计学意义(P<0.05)。保存第21天时,各组软骨细胞的存活率分别为:A组:80.40±2.07%,B组:83.60±2.30&,C组:77.00±2.23%,组间比较有统计学意义(P<0.05)。保存第28天时,存活率B组>A组>C组,组间差异有意义。保存第35天时,B组存活率仍高于其余两组。组间比较有统计学意义(P<0.05)。  2、软骨细胞凋亡率及凋亡蛋白caspase3的表达情况:  软骨细胞的凋亡率整体随培养保存时间的延长而增加,凋亡蛋白的含量也是逐渐增加的。两指标在保存第1天时组间比较均无统计学意义。保存第14天时,A、B、C三组凋亡率分别为12.75±0.40%,11.18±0.48%,16.70±0.37%,C组凋亡最多,组间比较有统计学意义(P<0.05)。凋亡蛋白caspase3的含量表现为C组>A组>B组。保存第21天时,A、C组凋亡均高于20%,B组较低,组间比较有统计学意义。凋亡蛋白caspase3的含量也明显增加,趋势和凋亡率一致。保存第28天时,A、B、C三组分别为30.44±0.79%,27.54±0.59%,36.36±0.68%,组间比较有意义(P<0.05)。凋亡蛋白caspase3仍C组含量居多,组间比较有意义。保存第35天时,A、C组均在40%以上。B组维持较低的凋亡率,组间比较有统计学意义。凋亡蛋白caspase3差异明显,同样B组含量最低,三组间比较有意义(P<0.05)。  3、Wnt/β-catenin信号通路关键蛋白GSK3β、β-catenin的表达情况:  对GSK3β主要应用免疫组化法、western blot法检测,两种检测方法结果整体趋势一致。β-catenin应用免疫组化法检测。保存第1天各指标差异不明显,无意义。保存第14、21、28、35天,GSK3β的含量在各组整体都是逐渐增加的,每个时间点组间比较,抑制剂B组GSK3β的含量均高于其余两组,增强剂C组GSK3β的含量居于较低的水平(P<0.05)。β-catenin的含量在保存过程中逐渐增加,其中各时间点组间比较:增强剂C组的含量高于对照组A组和抑制剂B组(P<0.05)。  4、蛋白多糖(PG)组织化学染色情况:  保存第1天时,各组无明显差异,统计学无意义。保存第14天时,以B组IOD值最高,A组次之,C组最低,组间比较差异有统计学意义(P<0.05)。保存第21天时,A、B、C三组番红-O染色 IOD值分别为:134.60±4.15,144.80±5.450,125.20±6.863,B组仍然较高,C组最低,组间比较有统计学意义(P<0.05)。第28天时,C组下降最明显。B组最好。三组之间差异比较有统计学意义(P<0.05)。保存第35天时,各组番红-O染色IOD值:B组>A组大于C组。结果比较有统计学意义(P<0.05)。  5、存活率、凋亡率、凋亡蛋白caspase3与GSK3β、β-catenin表达的相关性:  软骨细胞存活率与凋亡率、凋亡蛋白caspase3、GSK3β、β-catenin的表达负性相关。凋亡率与凋亡蛋白caspase3、GSK3β、β-catenin的表达正相关。凋亡蛋白caspase3的含量与GSK3β、β-catenin的表达正相关。β-catenin的表达与GSK3β的表达正相关。  结论:  1、通过调控干预wnt/β-catenin信号通路可以对培养保存的软骨组织活性产生影响。  2、10μmol/L的通路抑制剂Kenpaullone在培养保存关节软骨的过程中抑制wnt/β-catenin信号通路,导致软骨细胞凋亡的减少。  3、10μmol/L的通路激活剂SB-216763在培养保存关节软骨的过程中激活wnt/β-catenin信号通路,导致软骨细胞凋亡的增加。  意义:  本实验通过组织培养法保存关节软骨组织,通过研究组织培养保存的关节软骨组织活性与wnt/β-catenin信号通路的关系,证实了调控干预wnt/β-catenin信号通路可以对关节软骨组织的活性产生影响。为探索培养保存关节软骨组织wnt/β-catenin信号通路的凋亡靶点提供了实验依据。
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