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糖皮质激素是一种在生理和病理条件下均有着广泛生物学效应的激素,对体内各种细胞的生存均有影响,而且现代的研究证明这种影响是双重的,在一定的条件下糖皮质激素能保护细胞免于凋亡,在另外的条件下糖皮质激素本身又能诱导细胞发生凋亡。为观察糖皮质激素对原代培养的成骨细胞的作用效应并探讨其发生机制,本研究通过分离小鼠头颅骨成骨细胞,建立酶消化法分离成骨细胞的体外模型,通过干扰体外培养的成骨样细胞,观察糖皮质激素对原代培养的成骨细胞生存及凋亡的效应,并探索糖皮质激素引起成骨细胞凋亡的细胞分子学机制。
本实验连续使用三次Ⅰ型胶原酶与胰酶的混合消化液和一次胰酶单独静置消化,使用培养瓶作容器,观察连续四次消化的过程和所得细胞数,进行原代和传代培养,并通过光镜下形态、瑞氏染色、碱性磷酸酶染色以及姬姆萨染色对其生物学特性进行鉴定。结果获得大量的细胞,四次消化所得的细胞数分别为0.8×106、1.6×106、2.3×106、0.6×106,第2~4群细胞总数量为4.5×106。具有体内成骨细胞的形态特征,第一群细胞的ALP活性为55%,第二到四群细胞的阳性率都在90%以上,原代培养细胞的阳性率随着培养时间的延长而增加,并能在体外发生钙化。同时以Ⅰ型胶原酶单独消化法分离小鼠头皮成纤维细胞,作为成骨细胞的对照细胞。
体外实验中,以地塞米松诱导原代培养的成骨细胞,应用噻唑兰(MTT)染色法检测细胞生存活力、流式细胞仪检测细胞凋亡、比色法检测半胱天冬酶Caspase-3的活性以及EMSA检测NF-κB活性。用MTT法检测成纤维细胞的生存活力。结果发现地塞米松的应用使得成骨细胞的生存率下降,该效应可以被Caspase-3抑制物DEVD-CHO抑制;成骨细胞中的Caspase-3明显增加,且可以被DEVD-CHO抑制;流式细胞仪DNA含量曲线在地塞米松的作用下出现了凋亡峰;核因子NF-κB活性受到明显的抑制,且地塞米松能够拮抗TNF-α.对NF-κB活性的升高效应。在成纤维细胞中未见有生存活力的改变。
结果表明糖皮质激素能够诱导小鼠颅骨源性原代培养的成骨细胞发生凋亡,且该效应有成骨细胞特异性。过去的实验结果发现糖皮质激素能够降低成骨细胞样F3细胞的粘附蛋白水平并干扰细胞的粘附过程,而对成纤维细胞样F1细胞无此作用,这与本实验的结果一致。可以认为,糖皮质激素激活Caspases家族并最终通过Caspase-3执行成骨细胞凋亡的。实验证实了NF-κB对成骨细胞的保护作用,而地塞米松对NF-κB的活性有明显的抑制作用。本研究为揭示糖皮质激素诱导的成骨细胞凋亡以及股骨头无菌性坏死的发生机制奠定了实验基础。