破骨细胞分化增强参与慢性砷暴露导致的小鼠骨密度下降

摘要

目的研究慢性饮水型砷暴露对小鼠长骨骨密度的影响及其相关机制。方法将5月龄雌性C57BL／6小鼠按体质量采用随机数字表法分为假手术组和摘除卵巢（去势手术）组，每组19只。每组分为3个亚组：①对照：饮用蒸馏水（rt=6）；②5mg／L砷处理：饮用蒸馏水中含三价无机砷（iAsⅢ）和五价无机砷（iAsⅢ）各2．5mg／L（n=7）；③20mg／L砷处理：饮用蒸馏水中含iAs“和iAsⅢ各10mg／L（n=6）。自由进食和饮水饲养3个月后，采用双能X射线检测小鼠股骨骨密度。体外实验处理条件：①0．00、0．25、0．50、0．75、1．00、1．50μmol／LiAsⅢ处理单核巨噬白血病（RAW264．7）细胞系或0．0、0．2、0．4、0．6、0．8、1．0μmol／LiAsⅢ处理原代培养小鼠骨髓造血干细胞6d，同时给予50μg／L核因子KB受体活化因子配体（RANKL）和30μg／L巨噬细胞集落刺激因子（M．CSF）进行诱导分化。②根据iAsⅢ处理RAW264．7细胞系诱导分化破骨细胞数量检测结果，选择0．6Ixmol／LiAsⅢ处理组，同时给予0（对照）、5、10mmol／L氧化抑制剂N-乙酰半胱氨酸（NAC）。采用抗酒石酸酸性磷酸酶（TRAP）染色观察iAsUI和NAC对破骨细胞分化的影响。结果①与假手术对照组[（84．44±4．40）mg／cm2]相比，假手术20mg／L砷处理组小鼠股骨骨密度[（80．04±4．06）mg／cm2]呈下降趋势，而去势手术对照组[（76．36±3．36）mg／cm2]明显下降（P〈0．05）；与去势手术对照组比较，去势手术5、20mg／L砷处理组未见明显变化[（77．74±4．91）、（75．56±3．71）mg／cm2,P均〉0．05]。②体外实验显示，在原代培养骨髓造血干细胞向破骨细胞诱导分化过程中，各iAsⅢ处理组破骨细胞数量比较，差异有统计学意义（F=1522，P〈0．05），0．50μmol／LiAsⅢ处理组破骨细胞数量达峰值；在RAW264．7细胞向破骨细胞诱导分化过程中，各iAsⅢ处理组破骨细胞数量比较，差异有统计学意义（F=1781，P〈0．05），0．6μmol／LiAsⅢ处理组破骨细胞数量达峰值；诱导分化低剂量iAsⅢ（0．6μmol／L）暴露RAW264．7细胞时，各NAC处理组破骨细胞数量比较，差异有统计学意义（F=1940，P〈0．05），且随NAC浓度升高，破骨细胞数量明显下降（109．33±3．06、56．00±2．65、22．67±0．58，P均〈0．05）。结论砷暴露对骨代谢的影响具有明显的卵巢功能依赖性，提示砷可能是通过干扰雌激素代谢或功能影响骨代谢。另外，砷暴露引发的氧化应激促进破骨细胞分化，且破骨细胞分化增强可能参与慢性砷暴露导致的骨密度下降，提示抗氧化剂的干预可能有效防治砷暴露引发的骨质疏松。