HSP90在2型糖尿病骨质疏松成骨细胞铁死亡中的作用与机制研究

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目的:近年来,全世界人类生活水平逐步提升,而全球人口老龄化问题也逐步加重,各种慢性疾病产生的相关健康问题也愈发凸显。在这之中,老年人尤其深受糖尿病病痛的折磨,而2型糖尿病更是首当其冲。糖尿病在人们的认知中以并发症严重而闻名,其中骨质疏松作为一种严重的并发症,使病人的生活品质急剧下降,并可能成为严重的经济累赘。遗憾的是,虽然2型糖尿病骨质疏松的危害正在慢慢变大,但其病理机制尚未被研究透彻。在最新的研究中,有研究者已经使用高糖处理成骨细胞,观察不同浓度的高糖情况下成骨细胞功能的相应情况及功能改变,并通过对谷胱甘肽过氧化物酶4(GPX4)等铁死亡标志物蛋白的检测,得出了高糖情况下成骨细胞会通过铁死亡的发生而损伤其功能的结论。但是,铁死亡作为一种新的细胞终末损伤方式,在高糖情况下成骨细胞中的具体调节与作用机制尚未被研究清楚。近年来,自噬与铁死亡之间的关系已有许多研究报告,而在高糖引起的成骨细胞铁死亡过程中,分子伴侣自噬及热休克蛋白90的作用及调节机制尚未有研究。我们认为,在高糖引起的成骨细胞铁死亡进而引发糖尿病骨质疏松的过程中,分子伴侣自噬作为新发现的一种降解胞质蛋白的自噬方式,是导致高糖情况下成骨细胞发生铁死亡的原因之一,而在细胞中调控胞质蛋白降解的HSP90作为分子伴侣的一种,可能在糖尿病性骨质疏松的发生发展中有一定的参与。高糖情况下的分子伴侣自噬可产生大量的活性氧簇(ROS),并引起铁死亡的发生,进而影响成骨细胞原本正常的生理活动。所以我们课题组的研究能够进一步阐释糖尿病性骨质疏松发生的病理机制,并为针对糖尿病性骨质疏松的药物靶点研究以及治疗提供新的可能思路。研究方法:课题组首先进行2型糖尿病骨质疏松大鼠模型的构建,通过实验检测2型糖尿病骨质疏松大鼠骨组织内HSP90含量的变化,然后通过HSP90慢病毒感染h FOB 1.19细胞,使HSP90敲低和过表达,并使用含高浓度葡萄糖的高糖培养基和正常培养基分别处理成骨细胞若干小时,同时通过Western blot检测成骨功能相关蛋白,茜红素功能染色的钙结节变化,研究HSP90敲低和过表达对成骨细胞的成骨作用的影响。然后我们使用HSP90蛋白的功能抑制剂和铁死亡抑制剂处理成骨细胞,并在电镜下观察铁死亡的发生情况,并检测GPX4、OPG、OCN的表达情况,使用流式细胞仪DCFH-DA探针来检测成骨细胞内ROS的产生情况,经由酶标仪使用丙二醛(MDA)及硫代巴比妥酸(TBA)的相互反应产生颜色来检测成骨细胞MDA的水平,以研究HSP90对成骨细胞细胞活性、铁死亡发生情况以及成骨功能的影响。最后我们使用间接免疫荧光法检测细胞内溶酶体相关膜蛋白2a(Lamp2a)分布同时使用免疫共沉淀法检测HSP90与热休克同源蛋白70(HSC70)以及HSC70与GPX4结合情况来观察高糖情况下成骨细胞的分子伴侣自噬活性变化。结果:(1)2型糖尿病骨质疏松大鼠骨组织内HSP90含量提高(2)高糖情况下HSP90敲低后成骨细胞成骨功能提高(3)高糖情况下抑制HSP90功能可以增加GPX4表达,降低细胞内ROS的同时,使细胞MDA积累减少,抑制成骨细胞铁死亡的产生。(4)高糖情况下成骨细胞Lamp2a分布向核周增多,HSP90与HSC70结合增强,以及HSC70与GPX4结合增强。结论:(1)2型糖尿病骨质疏松大鼠的发病过程与HSP90有关(2)高糖可以使成骨细胞通过HSP90的介导诱发铁死亡(3)HSP90敲低与功能抑制可以抑制高糖环境导致成骨细胞的铁死亡,从而使细胞成骨功能提高(4)高糖情况诱发的成骨细胞铁死亡是通过HSP90介导HSC70以GPX4为目标的分子伴侣自噬诱发的。
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