基于调控BMP-2信号通路的肽及螯合钙的促成骨作用研究

作     者：金淑秀 

作者单位：山西农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：霍乃蕊

授予年度：2020年

学科分类：1002[医学-临床医学] 10[医学] 

主      题：羊骨胶原肽 肽螯合钙 氨基酸螯合钙 骨质疏松 BMP-2信号通路 

摘      要：骨形态发生蛋白2型（Bone Morphogenetic Protein Type 2,BMP-2）具有促进骨形成和诱导成骨细胞（Osteoblast,OB）分化的重要作用。BMP-2信号通路由BMP-2和Smads、Runx2、Osterix等细胞因子组成,具有调控成骨细胞分化和矿化的中心作用。本研究考察羊骨胶原肽（Collagen Peptide,CP）及肽螯合钙（Calcium Chelated with Collagen Peptide,CCCP）、肽-木糖美拉德反应产物（Collagen Peptide-xylose Maillard,CP-X）、氨基酸螯合钙（Calcium Chelated with Amino Acid,AA-Ca）等对BMP-2信号通路关键基因mRNA相对表达量的影响,揭示各受试物改善骨质的分子机制,建立骨质改善效果同BMP-2信号通路关键基因在股骨组织中mRNA相对表达量之间的内在联系,为骨质疏松防治药物的研发以及高效筛选寻找靶点。摘除大鼠双侧卵巢建立骨质疏松模型,假手术组与模型组每日灌胃10 mL/kg蒸馏水,羊骨胶原肽高、中、低剂量组的灌胃剂量分别为34、20.5、6.8 g/（kg·d）,8 w后,测定各组大鼠子宫和阴道湿重、骨代谢相关血清学指标及骨矿物质含量,观察股骨微观结构并测定股骨组织中BMP-2信号通路各关键基因的mRNA表达量。结果显示:与假手术组相比,模型组大鼠子宫皱缩,子宫指数与阴道指数极显著下降（P0.01）;与模型组相比,CP各剂量组子宫形态均有所恢复,子宫指数与阴道指数升高,但无统计学差异（P0.05）。模型组大鼠血清中的RANKL、IL-6含量极显著高于假手术组,而OPG含量、OPG/RANKL比值均极显著低于假手术组（P0.01）;与模型组相比,CP各剂量组均可扭转上述血清学指标的变化。摘除卵巢使胫骨的钙、磷含量极显著降低（P0.01）,而CP各剂量组的钙磷含量均极显著高于模型组（P0.01）,且呈剂量关系。组织形态学结果表明:模型组大鼠的骨小梁数目明显减少,且骨小梁排列紊乱、稀疏断裂,骨髓腔大而空洞;CP干预后,各剂量组大鼠骨小梁结构有所恢复,骨小梁粗壮、排列均匀致密,且中剂量组效果最好。Micro-CT结果显示:与假手术组相比,模型组大鼠的骨体积分数、骨小梁数目、骨小梁厚度、骨小梁连接度均极显著降低,骨小梁分离度极显著升高（P0.01）;与模型组相比,中剂量组的骨小梁分离度明显下降,其余指标则明显升高。qRT-PCR结果显示:模型组大鼠股骨中的BMP-2信号通路关键基因的mRNA相对表达量极显著低于假手术组（P0.01）;与模型组相比,CP各剂量组上述BMP-2信号通路关键基因的相对表达量均极显著升高（P0.01）,除Smad1外,各基因的表达水平均以中剂量组最高。另一批大鼠研究结果表明肽-木糖美拉德反应产物、肽螯合钙、氨基酸螯合钙对骨质疏松都具有防治效果,对各组大鼠的骨矿物质含量、骨组织微观结构、骨有机质含量、骨密度等指标进行比较,均为:雌激素组假手术组肽螯合钙组其他受试物组模型组。本研究对该批大鼠各受试物组的BMP-2信号通路各关键基因的mRNA相对表达量进行分析,结果表明均极显著高于模型组（P0.01）,且各受试物中高剂量组各基因的表达水平均为雌激素组肽螯合钙组其他受试物组,这与大鼠骨质状态高度吻合。综上所述,羊骨胶原肽不仅可以通过RANKL/RANK/OPG系统轴来改善松质骨,还可基于BMP-2信号通路正向调控骨代谢过程。肽螯合钙、肽-木糖美拉德反应产物、氨基酸螯合钙和雌激素同样可通过正向调控BMP-2信号通路来促进骨形成。该通路中BMP-2、Smad1、Runx2、Osterix基因在股骨组织中的mRNA表达水平与骨质状态呈正相关,均可作为靶点用于骨质疏松防治药物的研发以及高效筛选。