内源性甲状旁腺素和Notch信号通路调控骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化

【目的】:研究内源性甲状旁腺激素(parathyroid hormone,PTH)和Notch信号通路对骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化的影响,并探讨其调节机制。【方法】:体内实验选用8周龄PTH野生型(WT,PTH+/+)和PTH基因敲除(KO,PTH-/-)小鼠作为实验对象,分离小鼠胫骨,用免疫组化检测成骨相关指标以及Notch信号通路受体和配体的表达。培养小鼠骨髓间充质干细胞并向成骨细胞诱导分化,分别在诱导后的3天、7天、10天、14天,用Western-blot方法检测Notch信号通路受体和配体的表达;分别在诱导后的3天、7天、14天用Western-blot方法检测成骨指标Runx2、骨钙素(OCN)的表达。培养小鼠骨髓间充质干细胞并向成骨细胞诱导分化3d后,分别加入PTH、dbc AMP、蛋白激酶A(PKA)抑制剂H89,用Western-blot方法检测Notch信号通路受体和配体以及成骨指标Runx2的表达。诱导分化7d后,检测细胞中ALP活性。【结果】:内源性PTH缺乏引起成骨细胞骨形成障碍。免疫组化显示,在野生型组小鼠胫骨骨小梁表面的成骨细胞数、相关成骨指标I型胶原(Col-I)以及Notch信号通路受体和配体的表达高于PTH基因敲除组。在野生型组和PTH基因敲除组小鼠骨髓间充质干细胞向成骨细胞诱导分化过程中,Notch信号通路的受体和配体以及各成骨指标上调。PTH基因敲除组中Notch信号通路配体Jagged1和受体Notch1表达明显低于野生型组。PTH基因敲除组中各成骨相关指标Runx2、OCN蛋白表达均低于野生型组。诱导分化3d后,Western blot检测显示PTH基因敲除组Notch信号通路受体、配体和Runx2表达均低于野生型组;加入PTH、dbc AMP刺激后Notch信号通路受体、配体和Runx2表达上调,而加入PKA抑制剂H89后相关蛋白表达被抑制。诱导7天后,PTH基因敲除组成骨细胞碱性磷酸酶(ALP)活性较WT组低,加入PTH或dbc AMP后ALP活性上调,而H89能消除PTH及dbc AMP的作用。【结论】:内源性PTH通过c AMP/PKA通路提高骨髓间充质干细胞中Notch信号通路的表达,通过Jagged1/Notch1通路,使Runx2表达增高,进而促进成骨细胞分化,增强成骨细胞功能。