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基于转录组学和代谢组学研究氟致骨髓间充质干细胞损伤的骨毒性机制

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基于转录组学和代谢组学研究氟致骨髓间充质干细胞损伤的骨毒性机...

作者：王徽中国人民解放军陆军军医大学

学位级别：硕士

研究背景:氟化物(Fluoride)是职业卫生研究领域中一种常见的非金属污染物,大量应用于陶瓷、农药、气溶胶推进剂、制冷剂和铝生产过程中,其暴露已经对职业人群的健康构成了巨大的威胁。研究表明,过量氟化物暴露会直接导致职业人群罹患一... 详细信息

研究背景:氟化物(Fluoride)是职业卫生研究领域中一种常见的非金属污染物,大量应用于陶瓷、农药、气溶胶推进剂、制冷剂和铝生产过程中,其暴露已经对职业人群的健康构成了巨大的威胁。研究表明,过量氟化物暴露会直接导致职业人群罹患一种慢性侵袭性全身性骨骼系统疾病,即工业性氟病。此外,动物实验表明,高浓度氟化物暴露能够激活成骨细胞过度增殖和分化,并诱导骨硬化发生。氟暴露可以通过激活诱导软骨细胞凋亡的信号通路的途径来破坏软骨发育进程。尽管有许多研究提出了氟暴露引起不同信号通路变化诱导骨损伤,但关于氟暴露引起的骨毒性相关的生物学机制仍不明确。骨髓间充质干细胞(Bone marrow mesenchymal stem cells,BMSCs)是一种来源于骨髓微环境、具有自我更新和多能分化能力的成体干细胞,并且广泛应用于有害物暴露后骨毒性评估和分子机制探讨。随着高通量研究方法的快速发展,组学技术已成为职业作业过程有害因素对人体健康产生影响的机制研究的有效工具。转录组学分析被用于从转录水平揭示有害物暴露的信号通路,并在生物学过程中识别有价值的生物标志物;代谢组学是对各种生物组织中的代谢物进行全面分析,这有助于阐明各种生物标志物在生物过程中的作用以及毒性机制。此外,转录组学和代谢组学的联合分析提供了对遗传和代谢活动的更加系统全面的理解,尤其是环境因素引起的细胞病理过程的变化。因此,本研究通过建立氟暴露的骨髓间充质干细胞模型,结合转录组学、代谢组学以及生物信息学分析手段,尝试为氟暴露导致骨毒性的生物学机制提供新见解。该研究对于理解职业有害因素与骨骼疾病发生之间的关系具有重大意义。研究内容:(1)氟暴露骨毒性效应研究。在氟暴露条件下,采用细胞增殖活力检测结合细胞形态学观察的方式来明确氟对骨髓间充质干细胞细胞的损伤效应;评估了不同浓度氟处理BMSCs 24 h后活性氧(Reactive oxygen species,ROS)的相对水平;(2)基于转录组学筛选氟引起骨毒性相关的差异表达基因及变化通路的研究。在氟暴露后,通过转录组学筛选出BMSCs内显著改变的基因,并进一步借助生物信息学手段,预测氟暴露显著影响的信号通路;采用免疫荧光染色来验证BMSCs内Lyso Sensor荧光探针和组织蛋白酶B(Cathepsin B,CTSB)和组织蛋白酶D(Cathepsin D,CTSD)表达情况,明确氟引起骨髓间充质干细胞溶酶体功能改变;通过q PCR技术检测BMSCs内基因Lamp1、Lamp2的表达情况,进一步明确氟暴露对骨髓间充质干细胞溶酶体功能的影响。(3)基于代谢组学筛选氟引起骨毒性相关的差异表达代谢物及变化通路研究。在氟暴露后,通过代谢组学筛选出BMSCs内的相对表达含量显著改变的代谢物,并进一步借助生物信息学手段,预测氟诱导骨毒性效应中的显著影响的代谢信号通路。(4)基于转录组学和代谢组学联合分析探索氟引起骨毒性的损伤机制研究。在氟暴露后,通过组学联合分析开展关联分析、Cytoscape分析和KEGG通路分析,然后形成基因-代谢物关联热图、差异基因-代谢物信号网络图和基于KEGG数据库的基因-代谢信号通路,揭示氟引起骨毒性的损伤机制和潜在分子标志物。研究结果(1)氟暴露在细胞模型上表现出骨毒性效应。氟降低BMSCs的细胞活力,增加ROS的产生水平;(2)氟暴露造成BMSCs溶酶体功能障碍。通过转录组学发现了氟处理后“溶酶体”通路被显著富集,运用PCR、免疫荧光、Lyso Sensor荧光探针技术验证了溶酶体功能障碍的确出现在氟骨毒性效应中,进而通过PCR技术进一步验证“溶酶体”通路相关的差异基因的实际表达水平,明确了Atp6v0b参与了氟引起BMSCs溶酶体功能障碍;(3)氟暴露诱导BMSCs内谷胱甘肽代谢紊乱。通过代谢组学的方法,发现谷胱甘肽相关差异代谢物被显著改变,谷胱甘肽代谢途径收到干扰;氟暴露可能促成谷胱甘肽的平衡细胞内氧化-还原状态能力的下降;(4)棕榈酸、前列腺素C2和前列腺素B2与氟损伤的BMSCs的溶酶体功能障碍相关;这三种代谢物可能作为氟骨毒性的潜在代谢标志物。研究结论氟暴露可表现出骨毒性效应。溶酶体功能障碍及溶酶体通路相关基因表达增加可能是氟骨毒性的重要原因。氟暴露造成谷胱甘肽代谢途径紊乱,进而导致氧化-还原状态失衡,可能是氟骨毒性效应的关键分子机制。棕榈酸、前列腺素C2和前列腺素B2是氟骨毒性研究中值得关注的分子标志物。本课题研究为阐释氟暴露的骨损伤提供了新的实验依据。

关键词：氟工业性氟病骨毒性骨髓间充质干细胞溶酶体转录组代谢组学联合分析

幼年SD大鼠骨毒性临床前安全性评价方法研究

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幼年SD大鼠骨毒性临床前安全性评价方法研究

作者：朱海美上海工程技术大学

学位级别：硕士

研究背景及目的当前,儿科人群用药安全是研究者们关注的要点。近几十年来,由于缺乏儿科人群临床试验资料、超说明书使用、用药不当、多药使用等多重原因,发育尚未完全的儿童比成人更易发生药物不良反应(Adverse Drug Reactions,ADRs),... 详细信息

研究背景及目的当前,儿科人群用药安全是研究者们关注的要点。近几十年来,由于缺乏儿科人群临床试验资料、超说明书使用、用药不当、多药使用等多重原因,发育尚未完全的儿童比成人更易发生药物不良反应(Adverse Drug Reactions,ADRs),其中骨毒性反应对于儿科人群的生长发育造成严重影响,代表药物有喹诺酮类药物、糖皮质激素、抗癫痫类药物等。因此21世纪初开始,国内外多个指导原则均指出,当药物对儿童的骨结构或骨代谢产生不良反应时,需开展专门针对于骨毒性的幼年动物试验以解决上述担忧。与此同时,幼年动物骨毒性试验还可为具有潜在骨毒性风险的药物提供安全性评价。自20世纪70年代,日本暴发“痛痛病”以来,已有大量文献报道了镉(Cadmium,Cd)与Cd的化合物对人类及动物的骨毒性反应,其中研究者们针对Cd引起的骨质疏松症展开了广泛且深入的研究,但通过查阅大量文献及资料发现,Cd与Cd的化合物对于婴幼儿或断乳前幼年动物的骨毒性研究较少。因此本研究选用氯化镉(Cadmium Chloride,CdCl)作为阳性药物,以幼年SD大鼠作为试验对象,旨在探究CdCl对幼年斯普拉格-道利(Sprague-Dawley,SD)大鼠骨发育的影响,同时筛选骨发育指标并建立骨组织形态学、骨密度(Bone Mineral Density,BMD)和骨代谢指标的评价方法,期望为具有潜在骨毒性的药物提供安全性评价,最终提高儿科用药安全。研究方法与结果本研究分为两个部分:第一部分:幼年SD大鼠经口灌胃给予CdCl四周重复给药剂量范围探索实验。设计1个溶剂对照组0 mg/kg/day(去离子水)与三个CdCl剂量组,即0.5mg/kg/day(低剂量组)、2.5 mg/kg/day(中剂量组)、10 mg/kg/day(高剂量组),每组6只,雌雄各半。于出生后(Postnatal Day,PND)第7天开始口服灌胃给药。由于PND7-8给药后中、高剂量组幼鼠体重降低、行动迟缓、精神状态不佳,故于PND9将剂量调整为0.5 mg/kg/day(低剂量组)、1.5 mg/kg/day(中剂量组)和5 mg/kg/day(高剂量组)。结果表明:各剂量组幼鼠均未见死亡,与对照组相比,各剂量组幼鼠的体重受到影响,中、高剂量组幼鼠的骨骼生长及发育受损,且存在肾毒性、贫血及炎症反应。第二部分:幼年SD大鼠经口灌胃给予CdCl九周重复给药骨毒性实验。采用剂量范围探索实验中调整后的CdCl剂量,即0/0.5/1.5/5 mg/kg/day,每组16只,雌雄各半,建立幼年SD大鼠骨毒性模型,于PND8开始给药,重复九周。给药期间,临床观察、体重检测每天一次;断乳后,顶臀长与摄食量检测分别1次/周和2次/周;给药结束后,采集血液进行临床病理检测及骨代谢指标检测,采集脏器进行组织病理学检查及建立骨毒性评价方法。主要结果如下:Ⅰ:5 mg/kg/day CdCl可影响幼鼠的体重、骨长度与重量发育;各剂量的CdCl均对断乳后幼鼠的摄食量有影响,但随着幼鼠年龄增长,给药期末时各剂量组幼鼠的摄食量逐渐恢复。Ⅱ:光镜下见高剂量组幼鼠骨干前端的骨小梁数量减少、变薄且稀疏。微型计算机断层扫描技术(Micro Computed Tomography,Micro-CT)图像显示,高剂量组幼鼠的骨骺端中心变大、松散、断裂,具有空心形状,骨干端骨小梁的数目严重减少。高剂量组幼鼠的骨体积(BV)、骨面积(BS)、骨体积比(BV/TV)、骨面积比(BS/TS)、骨小梁数目(Tb.N)及厚度(***)可见显著减少,骨小梁连接度(***)可见显著性增加。Ⅲ:Micro-CT所测的高剂量组雌雄幼鼠右股骨BMD见极显著性降低(P骨密度仪(Dual-energy X-ray Absorptionmetry,DXA)所测的高剂量组雄性幼鼠右胫骨BMD见显著性降低(P骨钙(Calcium,Ca)、磷(Phosphorus,P)浓度均有一定程度降低,各剂量组骨和血清Cd含量均显著增加,且有剂量-反应关系。高剂量组的雌性幼鼠降钙素(Calcitonin,CT)浓度极显著升高(P骨钙素(Osteocalcin,OC)和I型胶原交联羧基末端肽(TypeⅠCollagen Cross-linked C-Telopeptide,CTX-Ⅰ)浓度均有不同程度的下降。研究结论1.四周重复给药骨毒性试验可基本确定CdCl的剂量范围,初步认为CdCl可影响幼年SD大鼠的骨生长发育,且对其肾脏有一定损伤。2.

关键词：幼年动物骨毒性骨代谢评价方法

幼年动物骨毒性非临床安全性评价方法的研究进展

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幼年动物骨毒性非临床安全性评价方法的研究进展

2019年生殖毒理药理学理论与技术及科技产品研发学术交...

作者：王淑颜朱海美邱云良汤纳平常艳上海益诺思生物技术股份有限公司上海工程技术大学

骨骼系统是人体重要组成部分。当前,药物骨毒性的安全性研究与肝、肾、心脏毒性等一般毒性相比较为薄弱,尤其是儿科人群用药的骨毒性安全问题。随着在新药研发过程中骨毒性问题的频频出现,骨毒性非临床安全性评价愈加受到重视。许多国... 详细信息

骨骼系统是人体重要组成部分。当前,药物骨毒性的安全性研究与肝、肾、心脏毒性等一般毒性相比较为薄弱,尤其是儿科人群用药的骨毒性安全问题。随着在新药研发过程中骨毒性问题的频频出现,骨毒性非临床安全性评价愈加受到重视。许多国内外非临床安全性评价原则均对骨骼系统毒性评价进行了描述,如:ICH S5(R2)Detection of Toxicity to Reproduction for Medicinal Products&Toxicity to Male Fertility、ICH S11 Nonclinical Safety Testing in Support of Development of Paediatric Medicines、OECD 414 Prenatal developmental toxicity study、EPA Health Effects Test Guidelines OPPTS 870.3700 Prenatal Developmental Toxicity Study、FDA Guidance for Industry Nonc linical Safety Evaluation of Pediatric Drug Products、CFDA儿科药品的非临床安全性评价一般原则等。上述指导原则均指出如果考虑出现骨代谢或结构异常时,需进行骨毒性指标检测。研究幼年动物的骨毒性问题时需要根据相关法规与指导原则进行试验设计,需考虑到幼年动物的种属选择问题、生长发育时期与人发育时期对应问题、初次给药与给药期的确定需要覆盖骨发育时间问题等。目前,常用的骨毒性检测主要包括:骨形态微结构指标、骨密度指标、骨代谢标志物三大类。骨形态微结构指标可分为骨小梁微结构形态指标和骨皮质形态学指标,前者主要包括:骨表面积、组织体积和骨体积主要反应骨量的多少;骨体积分数,是皮质骨和松质骨骨量评价常用指标,该指标升高表明合成代谢大于分解代谢;骨小梁数、骨小梁厚度、骨小梁分离度和骨小梁链接密度,主要用于评价骨小梁空间形态结构。后者主要包括:皮质骨总面积、皮质骨面积、皮质骨厚度、连接密度和总孔隙率,多用于骨质疏松的评价。常用检测方法为Micro CT、高分辨率CT和磁共振显微镜。骨密度指标包括骨矿含量和骨矿密度,可用于骨质疏松症诊断、骨折风险预测。常用检测方法为双能X线吸收检测法,该方法是评价骨质疏松的金标准。骨代谢指标包括骨转化标志物和骨代谢调控激素。前者有两种类型一是骨形成标志物包括:碱性磷酸酶、血清骨钙素、血清骨特异性碱性磷酸酶、血清Ⅰ型原胶原C端前肽和血清Ⅰ型原胶原N端前肽,反映骨形成及成骨细胞活性状态;二为骨吸收标志物包括血清抗酒石酸酸性磷酸酶、血清Ⅰ型胶原C末端肽交联与N末端肽交联、尿吡啶啉、尿脱氧吡啶啉,反应骨吸收水平及破骨细胞活性。目前惟一被国际骨质疏松基金会和国际临床化学和实验室医学联合会推荐的敏感性相对较好的骨转化标记物是血清Ⅰ型原胶原N端前肽(PⅠNP)和血清Ⅰ型胶原C末端肽交联(β-CrossLaps)。骨调控激素主要为甲状旁腺激素、降钙素、1,25(OH)VD。因此,进行幼年动物骨毒性非临床安全性评价时,首先应该设计合理的试验方案,继而根据药物作用机制和相关作用靶点选择敏感、准确的检测指标进行骨毒性评价,必要时候几种评价方法应该综合使用。

关键词：骨毒性非临床安全性评价

来源： cnki会议评论

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体内铀毒性及其新型促排剂研究进展

中国辐射卫生 2022年第3期31卷 379-385页

作者：周文华尹晶晶高洁刘欢王若琪李建国山西中医药大学山西晋中030619 中国辐射防护研究院山西太原030000

铀是天然存在的重要放射性锕系元素,是核工业中重要的核材料。铀意外释放到环境中,经呼吸道和消化道等途径进入机体,通过血液进入全身循环,最终主要沉积在肾脏和骨骼中,造成一定的毒性。因此,高效低毒促排剂是有效减少核素污染,降低辐... 详细信息

铀是天然存在的重要放射性锕系元素,是核工业中重要的核材料。铀意外释放到环境中,经呼吸道和消化道等途径进入机体,通过血液进入全身循环,最终主要沉积在肾脏和骨骼中,造成一定的毒性。因此,高效低毒促排剂是有效减少核素污染,降低辐射损伤和化学毒性的一个重要方式。本文对铀沉积及危害、铀促排剂解毒机制和促排剂的研究进展进行综述,提出铀促排剂研究的发展趋势。

关键词：铀促排剂肾毒性骨毒性解毒机制

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硫代乙酰胺多器官毒性研究进展

毒理学杂志 2023年第3期37卷 269-274页

作者：张浩东张婷许健浙江中医药大学医学技术与信息工程学院浙江杭州310053

硫代乙酰胺(thioacetamide,TAA)是一种白色或无色晶体,属于硫代酰胺化合物类的重要成员,分子式为CH_(3)CSNH_(2),具有重要的生理活性与药物活性,常用于生产催化剂、稳定剂、阻聚剂,也用作聚合物的硫化剂、交联剂、橡胶助剂和医药原料。... 详细信息

硫代乙酰胺(thioacetamide,TAA)是一种白色或无色晶体,属于硫代酰胺化合物类的重要成员,分子式为CH_(3)CSNH_(2),具有重要的生理活性与药物活性,常用于生产催化剂、稳定剂、阻聚剂,也用作聚合物的硫化剂、交联剂、橡胶助剂和医药原料。TAA使用过程中产生的废水和化学品会造成环境污染,通过饮料、污水而进入人体,可能对机体器官产生不可逆转的组织损伤。

关键词：硫代乙酰胺多器官毒性骨毒性

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铅对骨代谢影响的研究进展

中国公共卫生 1997年第11期13卷 691-693页

作者：奚奇蔡原中国医科大学毒理教研室

铅对骨代谢影响的研究进展中国医科大学毒理教研室（沈阳１１０００１）奚奇蔡原（综述）万伯健（审校）无机铅是一种历史悠久、广为存在的工业毒物，可以造成全身几乎所有组织脏器的损害［１］。已经证明，铅在人体的分布，先在血液等... 详细信息

铅对骨代谢影响的研究进展中国医科大学毒理教研室（沈阳１１０００１）奚奇蔡原（综述）万伯健（审校）无机铅是一种历史悠久、广为存在的工业毒物，可以造成全身几乎所有组织脏器的损害［１］。已经证明，铅在人体的分布，先在血液等软组织中进行，经由再分布过程，最终...

关键词：铅骨代谢研究进展骨毒性

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镉对肾脏和骨骼的毒性研究进展

环境与职业医学 2008年第4期25卷 412-415页

作者：陈晓朱国英金泰廙复旦大学放射医学研究所上海200032 复旦大学公共卫生学院上海200032

镉是一种广泛存在于水及土壤中的毒性物质。肾脏和骨骼是镉的重要靶器官,并且研究表明镉对肾脏和骨骼的毒性可能具有相关性,即骨骼损害继发于肾脏损害,但是也有研究表明镉可能具有直接的骨毒性,包括影响成骨细胞、破骨细胞活性、干扰胶... 详细信息

镉是一种广泛存在于水及土壤中的毒性物质。肾脏和骨骼是镉的重要靶器官,并且研究表明镉对肾脏和骨骼的毒性可能具有相关性,即骨骼损害继发于肾脏损害,但是也有研究表明镉可能具有直接的骨毒性,包括影响成骨细胞、破骨细胞活性、干扰胶原代谢以及抑制矿化等。本文从人群、动物及细胞分子生物学等多个方面就镉对肾脏和骨骼的损害进行综述,为探讨镉的毒效应提供参考。

关键词：镉骨毒性肾毒性