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目的:骨形态发生蛋白4(BMP4)具有骨诱导活性,在骨折愈合中起重要诱导成骨作用,这一点已得到国内外学术界的公认。Noggin蛋白是发育过程中BMPs蛋白的一种拮抗剂,但其在骨愈合中的作用尚不为人所知。本实验运用逆转录聚合酶链反应(RT-PCR)的方法,探讨noggin mRNA与BMP4 mRNA在骨折愈合过程中的表达及二者的关系,旨在阐明noggin和BMP4在骨折愈合中的作用,进一步揭示骨折愈合的机制,为骨折的治疗提供理论依据。
方法:1在氯胺酮腹腔注射麻醉下,用定支点折骨法造成BalB/C小鼠左胫腓骨中段闭合性骨折,不用内外固定。各组实验动物分别于骨折后0d、0.5d、2d、5d,10d和21d在麻醉和无菌操作条件下在冰盒上取骨折端标本,取材范围包括两骨折端及周围软组织。标本切除离体后迅速置于液氮内降温至-196℃,然后-70℃超低温冰箱冻存。2我们以GenBank提供的noggin基因和BMP4基因的mRNA序列设计并合成PCR扩增特异引物。取不同时间点的骨折部位周围组织提取总mRNA并逆转录至cDNA。以小鼠骨折愈合组织mRNA逆转录产物为模板,PCR扩增得到两条分别约341bp和260bp的cDNA片段。经测序证明,这两个片段分别为noggin基因和BMP4基因片断。扩增产物在2%琼脂糖凝胶上电泳,所得图像用Fluorchem凝胶成像系统进行扫描分析,分析各产物的Integrated Density Value(IDV值),将BMP4和noggin IDV值与同一样本β-actin的IDV值相比所得比值代表样本目的基因的相对表达量,结果重复3次以上。结果:骨折后12h(0.5d)即能检测到BMP4 mRNA的表达,骨折后2d表达量达到高峰,约为12h时的3倍。此后,骨折后5d BMP4表达量下降,10d时出现小幅回升,到骨折后21d表达量再次下降。对noggin mRNA,骨折后12h即有表达,骨折后2d时表达量同样达到高峰,约为12h时表达量的5.5倍,是BMP4高峰值的近2倍,此后noggin基因表达量逐渐下降,至骨折后21d时,表达量已经接近BMP4的表达水平。二者表达水平的总体变化基本相似,有明显的相关性。
结论:本实验以RT-PCR法检测了骨折愈合过程中BMP4 mRNA和noggin mRNA的表达及两者的关系。发现BMP4和noggin的表达具有相似的规律,由此证明,BMP4和noggin均是骨折修复过程中的重要基因,noggin在骨折愈合过程中起重要的调控作用。
意义:本课题揭示了骨折愈合中BMP4作用的负调控因子;探讨了二者可能的作用机制,也将调控基因noggin的调控作用拓展至成年组织的骨折愈合领域,进一步阐明了骨折愈合的机制。可能为新的促进骨折愈合方法的应用提供理论依据。