成骨生長肽對MC3T3-E1成骨細胞增殖的影響及其可能機制

韓萬偉,唐翔,劉連仲,葉春伶,王曉梅,閆建亮

(北京市回民醫院 骨傷科，北京 100054)

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成骨生長肽對MC3T3-E1成骨細胞增殖的影響及其可能機制

韓萬偉,唐翔,劉連仲,葉春伶,王曉梅,閆建亮

(北京市回民醫院 骨傷科，北京 100054)

目的 探討成骨生長肽(osteogenic growth peptide，OGP)對MC3T3-E1成骨細胞的增殖的影響及其機制。方法 常規培養小鼠成骨細胞MC3T3-E1，分為OGP高、中、低劑量組(1×10-8、1×10-10、1×10-12mol/L)以及對照組，利用MTT法檢測OGP作用24 h、48 h以及72 h對MC3T3-E1成骨細胞增殖作用，利用免疫化學染色法檢測成骨細胞I型膠原蛋白水平，ELISA法檢測骨橋蛋白(osteopontin，OPN)含量。結果 在24 h時，各劑量OGP對MC3T3-E1的增殖無影響；作用48、72 h，OGP 10-10mol/L以及 OGP 1×10-8mol/L顯著促進MC3T3-E1細胞增殖(P<0.05)，其中OGP 1×10-8mol/L 48 h促進MC3T3-E1細胞增殖作用最強。作用24 h，各組成骨細胞I型膠原蛋白IOD值差異均無統計學意義；作用48 h，OGP 1×10-8mol/L組細胞I型膠原蛋白IOD值顯著高于對照組(P<0.05)；作用72 h，OGP 1×10-10mol/L組以及OGP 1×10-8mol/L組細胞I型膠原蛋白IOD值均顯著高于對照組(P<0.05)。作用24 h，各組成骨細胞OPN OD值差異均無統計學意義；作用48 h、72 h，OGP 1×10-10mol/L組以及OGP1×10-8mol/L組細胞OPN OD值顯著高于對照組(P<0.05)。結論 OGP能夠明顯促進MC3T3-E1成骨細胞的增殖，其可能的作用機制是增加成骨細胞I型膠原蛋白的表達以及OPN的表達，且其作用與濃度密切相關，在1×10-8mol/L時，其促成骨細胞增殖作用最強。

成骨生長肽；成骨細胞；增殖；機制

1992年Bab等人在研究骨髓再生的過程當中從愈合的骨髓細胞中分離出來一種多肽物質，該物質在體內能夠激活造血系統、促進機體骨的合成代謝，而在體外則具有刺激骨髓基質細胞以及成骨細胞增殖、分化的作用，故而將其命名為成骨生長肽(osteogenic growth peptide，OGP)[1-2]。目前研究證實，成骨生長肽能夠有效預防骨質疏松，促進機體骨折愈合，并對化療、放療后的骨髓抑制有一定的緩解作用，其臨床應用前景十分可觀[3-4]。研究報道顯示[5]，OGP在體外具有促進成骨細胞增殖的作用，但其作用機制至今尚未闡明，本研究旨在探討分析OGP對小鼠成骨細胞MC3T3-E1的增殖作用，并探討其可能的作用機制。

1 材料與方法

1.1 細胞株 小鼠成骨細胞MC3T3-E1由本實驗室保存，培養液為含10%胎牛血清的高糖DMEM培養基，培養環境為37 ℃、5%CO2。培養中觀察細胞的形態以及培養基顏色的變化情況，當顯微鏡下細胞視野在80%～90%融合時，給予傳代處理。

1.2 儀器與試劑 日本Nikon TE300倒置顯微鏡，貝克曼有限公司BECKMAN Allegra X-15R 離心機，北京鼎國生物科技有限公司35 μM細胞過濾器。

成骨生長肽購于上海益眾生物技術有限公司，其純度在97%以上。DMEM培養基購自GIBCO公司，優質胎牛血清購自GIBCO公司，胰蛋白酶購自美國Sigma公司，二甲基亞砜購自美國Sigma公司，MTT購自于美國Sigma公司，兔抗鼠I型膠原蛋白抗體購于武漢博士德生物工程有限公司，生物素化山羊抗兔抗體購于武漢博士德生物工程有限公司，DAB試劑盒購于北京中杉金橋生物技術公司，骨橋蛋白(osteopontin，OPN)檢測試劑盒購于武漢博士德生物工程有限公司。

1.3 方法

1.3.1 實驗分組：實驗分為4組：OGP 3個劑量組：OGP 1×10-12mol/L組，OGP 1×10-10mol/L組，OGP1×10-8mol/L組；對照組：正常培養細胞，不加入OGP藥物。每組設復孔6個。

1.3.2 MTT法檢測細胞增殖：將培養的MC3T3-E1細胞經0.25%胰酶消化后，用含有10%胎牛血清的培養基重懸，將其轉入6孔板中，細胞密度為1×107個/孔，按照上述分組加入藥物，分別處理24 h、48 h以及72 h，終止藥物作用之后，棄去培養基，在各孔細胞中使用0.01 mol/L PBS(pH=7.4)洗滌2次，然后加入2 mL DMEM培養基以及200 μL MTT，于37 ℃下繼續培養4 h，然后將培養基棄去，每孔加入450 μL DMSO，輕輕晃動溶解紫色結晶，然后將混勻后的DMSO 150 μL吸入96孔板中，繼續振蕩10 min后使用酶標儀檢測490 nm處的OD值。

1.3.3 免疫化學染色法檢測I型膠原蛋白：在6孔板中制備細胞爬片，待細胞貼壁生長良好之后使用無血清培養基繼續培養24 h，然后分別加入1×10-8mol/L、1×10-10mol/L、1×10-12mol/L OGP，對照組不加入OGP，藥物加入之后分別培養24 h、48 h以及72 h后取出細胞爬片，采用細胞免疫化學染色法檢測各組I型膠原蛋白的表達情況。一抗為I型膠原蛋白兔抗鼠多克隆抗體，稀釋倍數為1:500，二抗為鏈酶親和素化山羊抗兔IgG，稀釋倍數為1:2000，使用PBS代替一抗作為陰性對照，以排除內源性污染所導致的非特異性反應，避免出現假陽性結果。

細胞染色后采用圖像分析系統對染色情況進行檢測，在200倍顯微鏡之下按照系統抽樣法隨機選擇每張切片的4個視野進行觀察，觀察棕黃色陽性細胞顆粒的總面積以及棕黃色陽性顆粒的平均透光度，然后計算出每個切片的平均IOD值(即為陽性染色強度)。平均IOD=平均陽性面積×平均透光度。

1.3.4 ELISA法檢測OPN含量：OPN含量的檢測參照OPN檢測試劑盒操作說明書進行。首先建立標準曲線，設置空白對照。在待測孔中每孔加入100 μL樣品后混勻，然后將反應板置于37 ℃條件下90 min，除零孔外每孔加入50 μL一抗工作液，然后置于37 ℃條件下60 min。洗板，除零孔外每孔加入100 μL酶標抗體工作液，37 ℃條件下反應15 min，然后每孔中加入50 μL終止液后混勻，使用酶標儀檢測450 nm處的OD值。

2 結果

2.1 OGP對MC3T3-E1成骨細胞增殖的影響 在24 h時，各劑量OGP對MC3T3-E1的增殖無顯著影響；作用48 h、72 h，OGP 1×10-10mol/L以及OGP 1×10-8mol/L顯著促進MC3T3-E1細胞增殖(P<0.05)，而OGP 1×10-12mol/L對MC3T3-E1細胞增殖無影響，其中OGP 1×10-8mol/L 48 h促進MC3T3-E1細胞增殖作用最強。見表1。

表1 OGP對MC3T3-E1成骨細胞增殖的影響Tab.1 The effect of OGP on proliferation of osteoblast ±s)

*P<0.05，與對照組比較，compared with control group；#P<0.05，與OGP 10-12mol/L組比較，compared with OGP 10-12mol/L group；△P<0.05，與OGP 10-10mol/L組比較，compared with OGP 10-10mol/L group

2.2 OGP對MC3T3-E1成骨細胞I型膠原蛋白水平的影響 OGP對MC3T3-E1成骨細胞I型膠原蛋白水平的影響，見圖1、圖2，作用24 h，各組成骨細胞I型膠原蛋白IOD值差異均無統計學意義；作用48 h，OGP 10-8mol/L組細胞I型膠原蛋白IOD值顯著高于對照組(P<0.05)；作用72 h，OGP 1×10-8mol/L組以及OGP 1×10-10mol/L組細胞I型膠原蛋白IOD值均顯著高于對照組(P<0.05)。

圖1 OGP對MC3T3-E1成骨細胞I型膠原蛋白水平的影響*P<0.05，與對照組比較Fig.1 The effect of OGP on collagen I levels of osteoblast MC3T3-E1*P<0.05，compared with control group

圖2 MC3T3-E1成骨細胞I型膠原蛋白免疫組化染色結果Fig.2 Immumohistochemical staining of collagen I in osteoblast MC3T3-E1

2.3 OGP對MC3T3-E1成骨細胞骨橋素(OPN)含量的影響 OGP對MC3T3-E1成骨細胞OPN水平的影響見圖3，作用24 h，各組成骨細胞OPN OD值差異均無統計學意義；作用48、72 h，OGP 1×10-8mol/L組以及OGP 1×10-10mol/L組細胞OPN OD值顯著高于對照組(P<0.05)。

圖3 OGP對MC3T3-E1成骨細胞OPN的影響*P<0.05，與對照組比較Fig.3 The effect of OGP on OPN of osteoblast MC3T3-E1*P<0.05，compared with control group

3 討論

成骨生長肽是一種存在于血清中的內源性多肽，其最早于20世紀90年代由損傷后再生骨髓的培養基中分離純化而來。經過十余年的研究，對其生化學以及生理學的特性已經有了一定程度的了解，OGP及其類似物能夠促進成骨以及骨髓的全系造血，在某些血液疾病上，OGP已經接近臨床應用階段[6-7]。體外研究顯示[8-9]，OGP能夠促進體外成骨細胞的增殖，但是其作用機制至今尚未闡明。徐楊等[10]研究報道顯示，在沒有地塞米松的情況下，體外培養的骨髓間充質干細胞使用OGP處理之后，在蛋白水平以及mRNA水平上均檢測到了堿性磷酸酶(alkaline phosphatase，ALP)、骨鈣素(osteocalcin)2種成骨性標志的表達，并產生了鈣化結節，表明OGP促使骨髓間充質干細胞向成骨方向轉化。并且其研究結果顯示，OGP的促成骨能力與濃度密切相關，各濃度之間的促成骨作用具有著明顯差異，OGP濃度在1×10-9mol/L時其促成骨能力最強。

本研究探討分析OGP對小鼠成骨細胞MC3T3-E1的增殖作用，并探討其可能的作用機制，研究結果顯示，在24 h時，各劑量OGP對MC3T3-E1的增殖無影響；作用48 h、72 h，OGP 1×10-8mol/L以及OGP 1×10-10mol/L顯著促進MC3T3-E1細胞增殖(P<0.05)，而OGP 1×10-12mol/L對MC3T3-E1細胞增殖無影響，其中OGP 1×10-8mol/L 48 h促進MC3T3-E1細胞增殖作用最強。表明OGP具有促進MC3T3-E1成骨細胞增殖的能力，且其促進增殖能力與OGP的作用時間以及濃度有關，這與國內外相關報道相吻合[11-12]。

研究證實[13-14]，I型膠原蛋白是機體形成骨機械力量的一種主要因素，其有序排列的膠原纖維越多，則新形成的骨強度就越強，因此，分析OGP對細胞膠原蛋白合成的影響，對明確OGP促成骨能力以及作用機制有著重要的意義。本研究采用免疫細胞化學染色法檢測I型膠原蛋白的水平，研究結果顯示，作用24 h，各組成骨細胞I型膠原蛋白IOD值差異均無統計學意義；作用48 h，OGP 1×10-8mol/L組細胞I型膠原蛋白IOD值顯著高于對照組(P<0.05)；作用72 h，OGP 1×10-8mol/L組以及OGP 1×10-10mol/L組細胞I型膠原蛋白IOD值均顯著高于對照組(P<0.05)。表明OGP作用后，能夠明顯增強MC3T3-E1成骨細胞I型膠原蛋白的表達，且其對I型膠原蛋白的促進作用與OGP的濃度相關。成骨細胞中I型膠原蛋白表達的增加，既能夠促進骨形成，又能夠提高新生成的骨機械力學的性能，具有重要的生理學意義。

OPN是一種分泌型的糖基化磷蛋白，它作為一種成骨細胞分化的早期標志，在礦化的過程中能夠調節羥磷石灰晶體的生長[15]。本研究結果顯示，作用24 h，各組成骨細胞OPN OD值差異均無統計學意義；作用48 h、72 h，OGP 1×10-8mol/L組以及OGP 1×10-10mol/L組細胞OPN OD顯著高于對照組(P<0.05)。表明OGP能夠促進MC3T3-E1成骨細胞OPN的表達，提示OGP可能是通過促進OPN表達來促進細胞的增殖和分化。

綜上所述，OGP能夠明顯促進MC3T3-E1成骨細胞的增殖，其可能的作用機制是增加成骨細胞I型膠原蛋白的表達以及OPN的表達，且其作用與濃度密切相關，在1×10-8mol/L時，其促成骨細胞增殖作用最強。

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(編校：王儼儼)

Effect of OGP on osteoblast MC3T3-E1 proliferation and its possible mechanism

HAN Wan-wei,TANG Xiang,LIU Lian-zhong,YE Chun-ling,WANG Xiao-mei,YAN Jian-liang

(Department of Orthopedics, Beijing Moslem People’s Hospital, Beijing 100054, China)

ObjectiveTo investigate the effect of OGP on osteoblast MC3T3-E1 proliferation and its possible mechanism.MethodsRat osteoblasts MC3T3-E1 were routine cultured which were divided into high-, middle-, low-dose group of OGP(1×10-8, 1×10-10, 1×10-12mol/L)and control group.Proliferation of osteoblast MC3T3-E1 were detected by MTT method, collagen I level by immunohistochemical staining,and osteopontin (OPN) content by ELISA after cultured with OGP for 24 h, 48 h, and 72 h.ResultsOGP in each dose had no significant effect on proliferation of MC3T3-E1 at 24 h.OGP 10-10mol/L and OGP 1×10-8mol/L significantly improved the proliferation of MC3T3-E1 at 48h, 72 h (P<0.05), and OGP 1×10-8mol/L was the most obvious at 48 h.IOD values of collagen I had no significant difference of OGP in each dose at 24 h.IOD values of collagen I in OGP 1×10-8mol/L group was significantly higher than that of control group at 48 h (P<0.05), and IOD values of collagen I in OGP 1×10-10mol/L and OGP 1×10-8mol/L group was significantly higher than that of control group at 72 h, respectively (P<0.05).OD values of OPN had no significant difference of OGP in each dose at 24 h.OD values of OGP 1×10-10mol/L and OGP 1×10-8mol/L group was significantly higher than that of control group at 48 h, 72 h, respectively (P<0.05). ConclusionOGP can significantly promote proliferation of MC3T3-E1 osteogenic cell, its possible mechanism is to increase the expression of osteoblasts collagen I and OPN expression, and the effect is closely related to concentration, the proliferation of osteoblast MC3T3-E1 in OGP 1×10-8mol/L is fastest.

osteogenic growth peptide; osteoblast; proliferation; mechanism

韓萬偉，男，本科，主治醫師，研究方向：骨科，E-mail：hww123123123@163.com。

R681

A

1005-1678(2015)02-0071-04