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肿瘤坏死因子样弱凋亡诱导因子在骨关节炎软骨细胞的表达及诱导产生MMP-9的研究意义

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! 生 旦筮 鲞筮 Q翅 旦』 s(Electronic Edition),May 15,2012。Vo1.6。No.10 ・论著・ 肿瘤坏死因子样弱凋亡诱导因子在 骨关节炎软骨细胞的表达及诱导 产生MMP一9的研究意义 陈雾 陈I阮王梓张国元唐中 赵明才 【摘要】 目的方法通过观察肿瘤坏死因子样弱凋亡诱导因子(TWEAK)在骨关节炎(OA)软骨细胞的表 达情况,研究TWEAK诱导软骨细胞产生基质金属蛋白酶(MMP-9)的影响,探讨其在OA发病中的作用机制。 体外分离培养OA软骨细胞,用RT—PCR和免疫荧光法检测MMP-9的表达;将软骨细胞与不同浓度水 平的重组人TWEAK(rhTWEAK)共培育,用ELISA法检测培养细胞上清液MMP-9的水平。结果 RT.PCR 及免疫荧光结果显示TWEAK在OA软骨细胞的表达主要定位于细胞质中;当TWEAK终浓度为200 s/L、 500 g/L时,其诱导软骨细胞产生MMP-9的水平明显高于对照组,具有统计学意义(P<0.05)。 结论TWEAK在OA软骨细胞中广泛表达,其通过诱导产生MMP-9引起OA软骨的破坏,从而在OA的发病 中起作用。 【关键词】 骨关节炎; 软骨细胞; 基质金属蛋白酶9; 肿瘤坏死因子样弱凋亡诱导因子 Expression of TWEAK in human osteoarthritic chondrocytes and effects on inducing of MMP-9 CHEN Pang,CHEN Yue,WANG Zi,ZHANG Guo-yuan,TANG Zhong,ZHAO Ming—cai.Department ofReumatology,Affiliated Mindong Hospital ofF ̄ian Medical Unive ̄ity,Ningde 355000,China Corresponding author:ZHA0 Ming—cai,Email:aroge@sohu.com 【Abstract】 Objective To observe the expression of TWEAK in human osteoarthritic chondrocytes and investigate the effects of TWEAK on the synthesis of MMP-9 in chondrocytes of osteoarthritis at different concentrations and to discuss the relative mechanism of how TWMethods To prepare cell coverslips and detect expression of TWEAK involves in the destruction of cartilage. EAK in chondrocytes by immunofluorescence, chondrocytes were co—cultured and stimulated with TWEAK at diferent concentration.ELISA was used to detect concentration of MMP-9 in cell-cultured supernatant fluid.The gene mRNA level of MMP-9 was measuured by RT- PCR.Results Immunofluorescence revealed that the TWEAK expressed in osteoarthritic chondrocytes widespreadly nd maianly located in cytoplasm,the level of MMP-9 induced by WTEAK at 200 g/L and 500 g/L was higher than in control group,which had signiifcant statistic diference(P<0.05).The expression level of MMP-9 mRNA induced by TWEAK at 100 s/L was 1.28 times higher than that in the control group,which had signiifcant statistic diference(尸<0.05).Conclusions Immunolfuorescence revealed that the TWEAK widespreadly expressed in osteoarthritic chondrocytes and mainly located in cytoplasm,TWEAK Can induce osteoarthritic chondrocytes to synthesize MMP-9 and damage the articular cartilage directly and play a role in pathogenesy of OA. 【Key words】 Osteoarthritis; Chondrocytes; Matrix metalloproteinase 9;TNF—like weak inducer of印・ optosis 骨关节炎(osteoarthritis,OA)是一种最常见的关节 不明确,但目前已清楚的是,OA关节软骨的降解是通 过多种细胞因子介导的,如多种基质金属蛋白酶 (MMPs)以及其他一些细胞激活后的产物…。肿瘤坏 死因子样弱凋亡诱导因子(TNF—like weak inducer of ap— optosis,TWEAK)是肿瘤坏死因子配体超家族的新成 员,按被发现的时间先后也称为第十二成员(TNF—SU— perfamily member 12,TNFSF12),现发现其具有广泛的 生物学活性,在多个系统的疾病发病机制中起着重要 疾病和分布最广泛的慢性疾病之一,而关节软骨的破 坏是OA的标志性特征。虽然确切的发病机制目前尚 DOI:10.3877/cma.j.issn.1674-0785.2012.10.015 基金项目:国家自然科学基金(30972749);四川省科技厅应用基础 项目(2008JY0013) 作者单位:355000福建省,宁德市闽东医院风湿科(陈雾);川北 医学院附属医院检验科(陈悦、王梓、张国元、唐中、赵明才) 通讯作者:赵明才,Email:aroge@sohu.corll 2012年5月第6卷第10期Chin J Clinicians(Electronic Edition)。Mav 15,2012,Vo1.6,No.10 作用[2]。已有研究发现,TWEAK能促进炎症细胞因子 的释放,诱导MMPs的产生,能诱导多种细胞分泌促炎 症细胞因子和趋化因子及高表达MMPs和RANTES,从 而在OA的发病机制中起重要作用 3 J。本研究旨在通 过对OA软骨细胞的体外培养及其相关研究,探讨 TWEAK参与OA关节软骨破坏的可能机制,进而寻求 治疗OA的新方法。 材料与方法 一、实验材料 共3O例软骨组织标本均取材于川北医学院附属 医院骨科行髋关节或膝关节置换术的患者,所有患者 均有临床特征和影像学改变,且均符合1995年美国风 湿病学会(ACR)修订的OA的分类标准。该研究得到 当地伦理委员会支持,且所有患者均签订知情同意书。 Ⅱ型胶原酶、胎牛血清购自Sigma公司。高糖DMEM 培养基、Trizol购自invitrogen公司。重组人TWEAK (rhTWEAK)购自PEPROTECH公司。兔抗人TWEAK 多克隆抗体购自Santa Cruz Bioteehnology公司。FITC 羊抗兔IgG购自北京中杉金桥生物科技有限公司。 DEPC试剂购自Gibco公司。RT—PCR试剂盒购自成都 博瑞克生物技术有限公司。MMP-9 ELISA试剂盒购自 上海西唐生物科技有限公司。羊血清为四川省风湿免 疫研究所制备。 二、实验方法 1.OA软骨细胞的分离、培养:无菌获取经关节置 换术切除的关节软骨组织,选取肉眼观察大致正常的 关节软骨面,削取软骨层,用含青链双抗(100 U/m1)的 无菌PBS液洗三遍,反复剪切成约1 mm。的组织块,再 用PBS液洗三遍,置培养瓶中备用。采用胰蛋白酶一Ⅱ 型胶原酶顺序消化法消化分离软骨细胞 j,先在剪切 好的软骨组织细块中加入6~8倍体积的0.25%胰蛋 白酶37℃消化1 h,洗去胰蛋白酶,加入3—5倍体积 含DMEM的0.2%II型胶原酶,37 qC消化过夜,用200 目纱网过滤去除软骨残渣,800~1000 r/min低速离心 5 min收集细胞,PBS液轻轻吹打洗涤两遍,加入含 10%胎牛血清的高糖DMEM培养液,分装于培养瓶中, 置37 oC、5%CO 的湿孵箱中培养48 h,待大部分细胞 贴壁后,更换培养液,10 d左右细胞将长满瓶底呈单层 细胞,此即原代软骨细胞,按1:2比例传代培养,第3— 5代软骨细胞用于后续实验。 2.软骨细胞总RNA的提取:取对数生长期的软骨 细胞,经0.25%的胰蛋白酶消化后,用PBS悬浮并洗涤 细胞2遍,细胞计数后按1 ml/10 的量加入Trizol,充 分吹打后转入EP管中,室温静置3 min,加入氯仿(按 每ml细胞悬液加100 l Trizo1),振荡混匀后静置 5 rain,4 oC、12 000 r/min离心15 min,取上清移人新的 EP管中(勿吸人沉淀),加入等体积的异丙醇,混匀 一20℃孵育30 min,4℃、12 000 r/min离心10 min,去 上清,加入预冷的75%乙醇1 ml,振荡10 S,4 oC、 7500 r/min离心5 min,去上清用滤纸吸干并室温干燥 3 rain(勿让RNA沉淀完全干燥),加入适量DEPC处理 水溶解,部分用于电泳、核酸紫外分光光度仪测RNA 的纯度与浓度,其余一80℃冻存。 3.逆转录.聚合酶链反应(RT.PCR):cDNA合成采 用逆转录试剂盒,总体系为20 wl:RNase Free H O 9 wl、5×RT Buffer 4 、dNTP Mixture(10 mmol/L)2 l、 Super—R1 0.5 1、RT-Enhancer 0.5 l、Random Primer (25 pmol/ ̄1)1 l、软骨细胞RNA模板2 wl(<1 g)、 Rever Tra Ace 1 ,混匀后瞬时离心30 S,金属恒温加 热器中42 cC、40 min一个温度完成反应,反应结束后 每份标本取2 l用于PCR扩增,其余冻存于一20 c【=备 用。PCR扩增TWEAK全长编码序列引物:上游5 一AT— GGCCGCCCGTCGGAGC-3 ,下游5 一TCAGTGAACCTG— GAAGAGTC.3 ,扩增产物大小770 bp;内参GAPDH引 物:上游5 .ACCACAGTCCATGCCATCAC.3 ,下游5 一 TCCACCACCCT 【TI'GCTGTA-3 ,扩增产物大小450 bp。 PCR反应总体积为20 l,其中逆转录反应后原液2 、 RNase Free H2O 6 wl、上游引物(10 pmol/1.d)1 l、下游 引物(10 pmol/Ix1)1 l、2×Taq PCR Master Mix 10 , 混匀后瞬时离心30 s,根据引物报告单的理论Tm值, PCR仪上设条件参数:95℃预变性2 min,95 oC变性 30 s、60℃退火30 s、72℃延伸2 min共35个循环,最 后72℃延伸5 min,反应结束后取10 1产物电泳,在 成像仪上成像保存。 4.免疫荧光法检测TWEAK在软骨细胞的表达: 将制备好的软骨细胞6孔板爬片,用TPBS洗涤3次, 每次15 min;用0.2%的皂素室温作用30 min,然后 TPBS洗涤3次每次15 min;用3%的过氧化氢室温作 用15 min,TPBS洗涤3次每次15 min;用二抗来源的动 物(羊)血清或3%BSA室温封闭30 rain,TPBS洗涤3 次每次15 min;吸取适量的TWEAK一抗,用封闭液稀 释成1:100的工作液,将6孔板分为上下两排,分设阴 阳性对照,每张盖玻片分别加一抗工作液和封闭液 100 ,置于湿饭盒中,4℃孵育过夜;隔日取出6孔板 室温平衡15 min,TPBS洗涤3次每次15 min;避光吸取 适量的FITC标记的羊抗兔二抗,用0.01%的伊文氏蓝 稀释成1:100的工作浓度,每张爬片加100 wl,放湿饭 盒中,置于37℃恒温箱中孵育45 min;避光,TPBS洗涤 三次每次15 min,用滤纸吸干液体,在载玻片上滴加抗 201 生 篡 鲞第10期Chin J Clinicians(Electronic Edition),May15.2012.Vo1.6.No.10 荧光淬灭封片液,将盖玻片倒扣于载玻片上;荧光显微 镜下调整激发光至FITC,观察软骨细胞TWEAK的表 表1培养上清液MMP-9的水平( L,面±s) 达并摄像保存。 5.细胞因子刺激实验:将软骨细胞传代至3—5代 后,取处于对数生长期的细胞,经0.25%的胰蛋白酶消 化后,反复轻轻吹打成单细胞悬液,倒置显微镜下计数 细胞,调整细胞密度为3×10 /L,每孔1 ml接种于6孔 细胞培养板,37℃贴壁培养24 h后,去除培养液,用无 血清的DMEM‘培养液同步化培养24 h后,分别加入 TWEAK(0、10、50、200、500 g/L)各一孔,以0 g/L为 注:与空白对照组比较, P<O.o5 讨 论 空白对照组,置37℃含5%CO 的湿孵箱内持续培养 72 h后,收集细胞培养液和细胞。 6.ELISA法检测细胞培养上清液MMP-9的水平: 采用双抗体夹心ELISA法检测细胞培养液中MMP-9 的浓度,按试剂盒提供的说明操作。试剂盒可检测重 组或天然的人MMP-9,所有OD值都应减除空白值后 再行计算,以所测标准品OD值为纵坐标,标准品浓度 为横坐标,画出标准曲线。根据细胞培养液样品的OD 值在标准曲线图上查出相应MMP-9的含量,再乘以稀 释倍数即可。 7.统计学分析:检测的数据输人SPSS 13.0分析 软件,计量资料用均数±标准差( ±s)表示,两两比较 采用t检验,多样本均数比较采用单因素方差分析 (One.Way ANOVA),P<0.05表示差异有统计学意义。 结 果 1.软骨细胞的培养观察:原代软骨细胞接种培养 瓶后一般24—72 h贴壁,通常10—14 d长满瓶底。光 镜下单层原代软骨细胞呈角型、椭圆形或梭型外观,大 部分原代培养的软骨细胞均可形成局部的复层团块样 生长区——软骨细胞团(图1);传代培养的软骨细胞 呈梭型或多角形,约7 d左右生长成单层细胞。 2.RT.PCR结果:TWEAK基因的PCR扩增产物经 l%琼脂糖凝胶电泳显示,在770 bp位置左右可见清晰 的单一条带(图2A,2B),表明体外分离培养的OA软 骨细胞有TWEAK mRMA的表达。 3.TWEAK在OA软骨细胞的表达情况:采用免疫 荧光法测定软骨细胞TWEAK的表达,与阴性对照比 较,发现软骨细胞广泛表达TWEAK分子,主要在细胞 质中,细胞膜也有少量表达(图3A,3B)。 4.TWEAK对软骨细胞诱导产生MMP-9的影响: WTEAK诱导软骨细胞合成MMP-9的水平显著高于对 照组,且呈明显的剂量依赖性,与空白对照组相比较具 有统计学意义(P<0.05)。TWEAK诱导合成MMP-9 的水平经ELISA检测结果如表1所示。 OA是一种常见的关节疾患,老年人群多发。OA 患者通常有关节的疼痛和关节功能的障碍,甚至关节 的强直,是影响老年人生活质量的主要疾病之一。我 国的流行病学调查显示,OA在6O岁以上人群中的患 病率高达49%,随着我国人口逐步老龄化,OA患者数 将越来越多,OA已成为备受关注的医疗和社会问题。 目前普遍认为,多种MMPs对关节软骨细胞外基 质有降解作用,使关节软骨肿胀,抗外力作用下降,最 终导致关节软骨进行性破坏,从而在软骨的降解过程 中起着极为重要的作用。而一些细胞因子在 MMPs、RANTES的合成与分泌,进而在软骨降解中的作 用也越来越受到人们的关注,以期望能找到更好的治 疗方法。 研究发现,TWEAK作为肿瘤坏死因子配体超家族 的新成员,可表达在多种细胞表面,具有诱导凋亡、血 管生成、促炎症反应、细胞增殖等一系列生物学活 性 J。TWEAK的组织及细胞表达分布较广泛,在心 脏、肺、脾脏、胰腺、淋巴结、卵巢、骨骼肌等组织器官和 外周血淋巴细胞、血管平滑肌细胞等表达量都较高 J。 2008年日本Kamijo等 通过流式细胞术(FACS)证实 了TWEAK和Fnl4在新鲜分离的类风湿性关节炎 (RA)和OA滑膜细胞(SCs)的表达。本研究通过RT. PCR证实了TWEAK在OA软骨细胞的表达,免疫荧光 法显示TWEAK在OA软骨细胞广泛表达,且主要定位 于细胞质,细胞膜也有少量的表达,这和TWEAK的跨 膜蛋白性质相一致。TWEAK诱导MMPs的合成已得 到广泛的证实,如RA和OA成纤维样滑膜细胞、动脉 粥样硬化斑块的巨噬细胞、肌萎缩的骨骼肌细胞等。 国内夏丽萍等 8 研究了旨在通过观察TWEAK在不同 浓度下对RA成纤维样滑膜细胞诱导合成MMP-3的影 响,结果表明,TWEAK通过诱导成纤维样滑膜细胞合 成MMP.3,直接参与RA的关节损伤,TNF一仅、IL-113在 其中起协同作用。国内管剑龙等L9 通过对OA软骨细 胞和滑膜细胞的研究显示,白细胞介素(IL)-113、TNF一 和双氯芬酸钠均能显著增强MMP-9的活性,其中以IL— 2012年5月第6卷第10期Chin J Clinicians(Electronic Ediiton),May15,2012,Vo1.6 No.10 1B作用最强,与TNF— 或双氯芬酸钠有协同作用,提 志,2000,4:5436. 示TNF. 和IL一1 B可能为破坏关节软骨的重要细胞因 [2] 陈雾,张国元,赵明才.TWEAK在自身免疫性疾病中的研究进展. 子。窦维新等-1 0_研究发现,IL一1和TNF一仅与OA患者 国际免疫学杂志,2010,33:92-96. [3] 陈悦,赵明才.肿瘤坏死因子样凋亡微弱诱导剂在骨关节炎中的 免疫炎症有关,其水平高低可反映病情活动变化情况, 作用[J/CD].中华临床医师杂志:电子版,2011,5:5392-5396. 与病变程度密切相关,联合检测这两种指标有助于病 [4] 刘军,戴刚,杨柳.骨关节炎软骨细胞的体外分离培养.中国组织 情判断。Dharmapatni等 研究发现,TWEAK/Fn-14 工程与临床康复,2008,12:9045-9048. 配受体在RA炎症及骨质破坏的发病机制中起重要作 [5] Winkles JA.The TWEAK—Fn14 cytokine.reeepter axis:discorer,biolo— 用。本研究发现外源性的TWEAK能诱导体外培养的 gY and therapeutic targeting.Nat Rev Drug Discov,2008,7:4l1.425. OA软骨细胞合成MMP-9,且呈明显的剂量依赖性,因 [6] Sanz AB,S6nchez—Nino MD,Izquierdo MC,et a1.TWEAK,tlle facili— tator of acute kidney injury.Nefrologia,2oo8.,28:587-592. 而我们推测,TWEAK可能通过诱导软骨细胞合成 [7] Kamijo S,Nakajima A,Kamata K,et a1.Involvement ofTWEAK/FnI4 MMP.9而直接参与了OA软骨基质的破坏;但对于其 interaction in the synovial inflammation of RA.Rheumatology f 0x— 机制有待于进一步深入研究,可能和TWEAK与Fnl4 ford),2008,47:442_45O. 受体结合,启动一些信号通路而影响MMP一9的表达有 [8] 夏丽萍,肖卫国,李俊松,等.TWEAK诱导类风湿关节炎成纤维样 关,具体激活了哪些信号分子还有待于今后的进一步 滑膜细胞合成MMP-3的实验研究.细胞与分子免疫学杂志, 20o9.25:4648. 研究。另外,TWEAK在作用过程中的上游机制也有待 [9] 管剑龙,施桂英,韩星海,等.骨关节炎软骨细胞和滑膜细胞金属 于研究发现。同时,促炎症因子如TNF-Ot、IL一1B是否 蛋白酶活性的影响因素.中华风湿病学杂志,2001,5:19-22. 在其中起作用及机制还有待于进一步的研究。 [10] 窦维新,焦绪民.骨性关节炎患者血清及膝关节液白细胞介素一1、 已有的研究表明,TWEAK在包括自身免疫性、炎 肿瘤坏死因子一a的水平变化及意义.中国基层医药杂志,2010, 17:2169-2171. 症性以及退变性疾病等多个系统的疾病发病机制中起 Dharmapatni AA,Smith MD,Crotti TN.TWEAK and Fnl4 expression 着重要作用,而抑制其作用将可能作为治疗的靶点 。 in hte pathogenesis of joint inflammation and bone erosion in rheuma- 总之,TWEAK作为新发现的致关节炎的细胞因子,在 toid arthritis.Aahritis Res Ther,2011,13:RS1. RA、OA等关节炎的发病机制中起重要的作用,而 [12] Zheng TS,Burkly LC.No and in site:TWEAK/FnI4 activation and TWEAK可能通过诱导软骨细胞合成MMPs从而在关 autoimmunity associated—end-organ pathologies.J Leukoe Biol,2008, 节软骨的破坏中起作用,阻断TWEAK的作用将可能成 84:338-347. (收稿日期:2011-11-07) 为治疗上述疾病的一种策略。 (本文编辑:张志巍) (本文图片见光盘) 参考文献 [1]管剑龙,施桂英.基质金属蛋白酶与骨关节炎.中华风湿病学杂 陈雾,陈悦,王梓,等.肿瘤坏死因子样弱凋亡诱导因子在骨关节炎软骨细胞的表达及诱导产生MMP_9的研究意义[J/CD].中华临床医师杂志:电 子版,2012,6(10):2614-2617. 

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