聯合補充維生素D、膠原肽和鈣對成骨細胞發育的影響

朱小語，陳曉文，許 丹，律 穎，許雅君，2

(1 北京大學公共衛生學院，北京 100191；2食品安全毒理學研究與評價北京市重點實驗室，北京 100191)

聯合補充維生素D、膠原肽和鈣對成骨細胞發育的影響

朱小語1，陳曉文1，許 丹1，律 穎1，許雅君1，2

(1北京大學公共衛生學院，北京 100191；2食品安全毒理學研究與評價北京市重點實驗室，北京 100191)

目的：觀察聯合補充維生素D、膠原肽和鈣對MC3T3-E1成骨細胞增殖及對骨保護素細胞內核因子κB受體活化因子配體(receptor activator of NF-κB ligand，RANKL)、骨保護素(Osteoprotegerin，OPG)基因表達的影響。方法：α-MEM培養基培養MC3T3-E1細胞。檢測Ca2+(20 μg/mL)、維生素D(0、10-12、10-11mol/L)、膠原肽(0、50、100μg/mL)三者交互作用劑量對MC3T3-E1細胞增殖的作用及RANKL、OPG mRNA表達。結果：維生素D、膠原肽和鈣交互劑量作用下細胞增殖水平無明顯差異。維生素D聯合鈣能夠明顯降低RANKL mRNA表達水平，提高OPG mRNA表達水平，降低RANKL/OPG比值。而膠原肽聯合鈣對RANKL以及 OPG mRNA表達無明顯影響。結論：維生素D聯合鈣可通過抑制小鼠成骨細胞RANKL mRNA表達、促進OPG mRNA表達，從而促進骨的形成，抑制骨的吸收。維生素D和鈣聯合補充膠原肽，對成骨細胞RANKL，OPG mRNA表達并無明顯影響。

MC3T3-E1；維生素D；膠原肽；RANKL；OPG

骨質疏松癥作為常見慢性非傳染性疾病，已成為全球主要公共衛生問題[1]。骨的發育受骨形成和骨吸收雙向影響，并在多種代謝通路調節下維持平衡和穩定。維生素D、膠原肽和鈣作為維持機體健康的重要營養物質，在骨骼發育上起到至關重要的作用[2]。聯合補充維生素D和鈣，具有預防骨質疏松的作用[3-4]。同時，膠原肽在促進鈣磷等礦物質吸收和調節骨骼發育中發揮重要作用[5-6]。體外試驗表明，單獨補充小分子肽類，能夠通過調節骨保護素/核轉錄因子κB受體活化因子配體系統，間接抑制破骨細胞數量及功能[7]。聯合補充小分子多肽和鈣，同樣促進成骨細胞OPG mRNA表達、抑制RANKL mRNA表達，抑制骨吸收[8]。

然而，目前并未有關于維生素D、膠原肽和鈣三者聯合作用的相關實驗報道。為此，本研究采用體外培養成骨細胞為實驗模型，探討聯合補充維生素D、膠原肽和鈣三者對成骨細胞增殖以及RANKL、OPG基因表達的影響，為骨質疏松臨床干預研究提供新思路。

1 材料與方法

1.1 受試物

維生素D3：總脫鈣化固醇，購自Sigma公司，批號47763；膠原肽：Peptan水解膠原肽，平均分子量2 000D；鈣：氯化鈣，Sigma公司購得，批號C7902-500G。

1.2 儀器與試劑

Real time PCR儀(CFX9600，Bio-Rad，美國)、酶標儀(DNM-9602G，北京普朗技術有限公司)、MC3T3-E1細胞(中國醫學科學院基礎醫學研究所基礎醫學細胞中心)、Maxima SYBR Green/Rox qPCR Master Mix(Fermentas，K0222)、TRIzol(Invitrogen，15596018)、α-MEM(Hyclone，SH3026501B)、FBS(Sciencell，0510-500ML)、青霉素-鏈霉素溶液(Beyotime，C0222)、DMSO(Applichem，A3672.0100)、MTT(beyotime，C0009)。

1.3 細胞培養

小鼠MC3T3-E1細胞在含10%胎牛血清、100U/mL青霉素和100μg/mL鏈霉素的α-MEM培養基中培養，置于37°C、5%CO2的體積分數的孵育箱中孵育。每2天更換1次培養基，待細胞基本融合后傳代。

1.4 細胞增殖實驗

MTT法檢測細胞增殖分化能力，以7×103細胞/孔密度接種至96孔板中，每孔200μL，孵育16h后，吸棄培養液，各組設6個復孔，每孔加入受試物200μL，終質量濃度如表1。孵育箱培養24h，每孔加入MTT液20μL，繼續孵育4h后輕輕吸棄上清液，每孔加入150μL DMSO，水平搖勻，酶聯免疫檢測儀490nm波長處測定各孔吸光度值，結果以OD490表示。

表1 各組受試物劑量

1.5 RANKL和OPG基因表達水平檢測

細胞經72h干預后將其裂解，受試物終質量濃度同表1，Trizol法提取細胞總mRNA。用Maxima SYBR Green試劑盒將總mRNA反轉錄為cDNA，而后采用real-time PCR法檢測RANKL、OPG基因表達水平，GAPDH為參照基因。各組各基因樣本重復3次，25ul體系進行試驗，基因相對表達量用2-ΔΔCt法進行計算。成骨細胞目的基因引物序列如表2所示。

表2 成骨細胞中目的基因引物序列

1.6 統計分析

2 結果與分析

2.1 細胞增殖實驗

如圖1所示，維生素D、膠原肽和鈣三者交互作用干預下，隨著受試物劑量的增加，成骨細胞增殖作用數值有上升趨勢，但無統計學差異。

圖1 維生素D、膠原肽和鈣對細胞增殖率的影響

2.2 RANKL和OPG基因表達水平檢測

表3為各劑量組RANKL/OPG mRNA相對表達量數值，圖3分別列出維生素D基因表達水平[圖2(1)、(3)、(4)]，以及膠原肽基因表達水平[圖2(2)、(5)、(6)]。圖2(3)可見，與對照組相比10-12mol/L和10-11mol/L劑量組維生素D，RANKL mRNA表達水平明顯降低；圖2(4)可見，與空白對照組相比，維生素D 10-12mol/L和10-11mol/L劑量組OPG mRNA表達水平明顯增高，差別有統計學意義。且在維生素D的干預下，與對照組相比各劑量組的RANKL/OPG比值明顯下降。

然而，膠原肽50μg/mL和100μg/mL劑量組在RANKL mRNA表達水平，OPG mRNA表達水平以及RANKL/OPG比值上與對照組均無明顯差別，如圖2(2)、(5)、(6)所示。

表3 維生素D、膠原肽和鈣對RANKL/OPG mRNA表達量的影響

MC3T3-E1細胞培養基在添加鈣的基礎上，加入不同劑量濃度的維生素D與膠原肽，以觀察二者對于骨發育相關基因表達的影響。維生素D與膠原肽在兩因素兩水平交互作用分析中交互作用有意義，而二者單獨作用顯示維生素D的單獨效應差異有統計學意義，膠原肽的單獨效應差異不顯著。如圖3(1)所示，隨維生素D劑量的增加，RANKL/OPG比值呈降低趨勢，而3(2)中隨著膠原肽劑量的增加，RANKL/OPG比值并無明顯統一的變化趨勢。

3 討論

骨代謝在骨形成和骨吸收過程中維持動態平衡，BMP/Smads、Wnt/β-catenin、RANKL/RANK/OPG、TGF-β、FGF、PDGF、Akt2等信號系統均在骨代謝過程中起到重要的信號調節作用[9-10]。其中，RANKL/RANK/OPG信號系統作為影響骨吸收的重要通路，參與到骨重建過程當中[11]。

圖2 維生素D、膠原肽和鈣對成骨細胞骨發育相關基因表達的影響

圖3 維生素D、膠原肽和鈣對RANKL/OPG mRNA相對表達量的交互作用影響

本研究以不同劑量濃度的膠原肽、維生素D聯合鈣干預MC3T3-E1細胞，測定RANKL、OPG mRNA表達水平，RT-PCR結果表明，維生素D和膠原肽具有交互作用，可以在聯合鈣的基礎上有效降低RANKL/OPG比值。單獨效應中，維生素D與鈣聯合，OPG mRNA表達明顯增加，RANKL mRNA表達顯著降低。而膠原肽與鈣聯合，對RANKL和OPG mRNA表達均無明顯影響。維生素D作用結果同李長春等人關于1，25(OH)2D3誘導體外細胞成骨分化研究結果一致，表明維生素D與鈣聯合作用，可能與調節維生素D受體表達，間接影響RANKL、OPG基因的表達有關[12]。此外，Erin Gaffney-Stomberg[13]等人在對440名志愿者進行的隨機雙盲安慰劑對照試驗中，發現聯合補充維生素D和鈣可通過調節鈣敏感受體和甲狀旁腺素水平，有效降低RANKL/OPG基因表達水平，將本細胞實驗結果在人群實驗中得到證實。然而，膠原肽與鈣的聯合作用結果同魏麗[8]等人的研究并不一致，膠原肽對RANKL、OPG基因表達的作用并不明顯，可能與聯合作用劑量有關，仍有待進一步研究。

4 結論

維生素D與鈣聯合作用，可通過影響RANKL/RANK/OPG系統平衡，抑制成骨細胞RANKL mRNA表達、促進OPG mRNA表達，抑制破骨細胞分化，抑制骨吸收。維生素D和鈣聯合補充膠原肽，對成骨細胞RANKL、OPG mRNA表達并無明顯影響。◇

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(責任編輯 李婷婷)

Effects of Combined Supplementation of Vitamin D，Collagen Peptides and Calcium on Development of Osteoblasts

ZHU Xiao-yu1，CHEN Xiao-wen1，XU Dan1，LV Ying1，XU Ya-jun1，2
(1Peking University Health Science Center，Beijing 100191，China；2Beijing Key Laboratory of Toxicological Research and Risk Assessment for Food Safety, Beijing 100191, China)

MC3T3-E1；vitamin D；collagen peptide；RANKL；OPG

北京市科技創新基地培育與發展專項(項目編號：Z151100001615035)。

許雅君(1976— )，女，博士，教授，研究方向：營養與疾病。

并列第一作者：朱小語(1990— )，女，碩士研究生，研究方向：營養與疾病；陳曉文(1989— )，男，碩士研究生，研究方向：營養與疾病。