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（n=6）;②5 mg/L砷处理:饮用蒸馏水中含三价无机砷（iAsⅢ）和五价无机砷（iAsⅤ）各2.5 mg/L（n=7）;③20 mg/L砷处理:饮用蒸馏水中含iAsⅢ和iAsⅤ各10 mg/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/L iAsⅢ处理单核巨噬白血病（RAW 264.7）细胞系或0.0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0μmol/L iAsⅢ处理原代培养小鼠骨髓造血干细胞6 d,同时给予50μg/L核因子κB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RAW 264.7细胞系诱导分化破骨细胞数量检测结果,选择0.6μmol/LiAsⅢ处理组,同时给予0（对照）、5、10 mmol/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iAsⅢ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/cm~2]相比,假手术20 mg/L砷处理组小鼠股骨骨密度[（80.04±4.06）mg/cm~2]呈下降趋势,而去势手术对照组[（76.36±3.36）mg/cm~2]明显下降（P＜0.05）;与去势手术对照组比较,去势手术5、20 mg/L砷处理组未见明显变化[（77.74±4.91）、（75.56±3.71）mg/cm~2,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=1 522,P＜0.05）,0.50μmol/L iAsⅢ处理组破骨细胞数量达峰值;在RAW 264.7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=1 781,P＜0.05）,0.6μmol/L iAsⅢ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RAW 264.7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=1 940,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。