Mstn基因敲除通过上调Wnt/β-catenin信号通路影响骨代谢并减轻2型糖尿病小鼠骨质疏松

摘要

目的:探讨肌肉生长抑制素(myostatin,Mstn)基因敲除对2型糖尿病(type 2 diabetic mellitus,T2DM)小鼠骨代谢及骨微结构的影响及机制。方法:将12只野生型(wild-type,WT)、12只杂合型Mstn基因敲除(Mstn)和12只纯合型Mstn基因敲除(Mstn)雄性小鼠随机各分为2组,每组6只,分别为WT组、Mstn组、Mstn组、WT+DM组、Mstn+DM组及Mstn+DM组,前3组给予普通饮食,后3组给予高脂饮食+小剂量链脲佐菌素构建T2DM模型。造模后采用ELISA法检测血清Ⅰ型前胶原N端原肽(procollagen type I N-terminal propeptide,PINP)和Ⅰ型胶原交联C端肽(collagen type I cross-linked C-telopeptide,CTX)水平;应用micro-CT测定左侧胫骨骨密度(bone mineral density,BMD)、骨体积分数(bone volume fraction,bone volume/total volume,BV/TV)、骨小梁数量(trabecular number,Tb.N)、骨小梁厚度(trabecular thickness,Tb.Th)、骨小梁分离度(trabecular separation,Tb.Sp)及结构模型指数(structure model index,SMI);碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)钙-钴染色观察骨组织成骨细胞活性,抗酒石酸酸性磷酸酶(tartrate-resistant acid phosphatase,TRAP)染色观察骨组织破骨细胞活性;免疫组织化学法检测骨组织Wnt、糖原合成酶激酶3β(glycogen synthase kinase-3β,GSK-3β)和β-连环蛋白(β-catenin)阳性表达。结果:与WT组比较,WT+DM组血清PINP和CTX水平,Tb.Sp和SMI,以及骨组织中成骨细胞活性、破骨细胞活性和GSK-3β表达均升高,BMD、BV/TV、Tb.N、Tb.Th及骨组织Wnt和β-catenin表达均降低。与WT组和Mstn组比较,Mstn组BMD、BV/TV、Tb.N、Tb.Th及骨组织Wnt和β-catenin表达均升高,血清PINP和CTX水平,Tb.Sp和SMI,以及骨组织中成骨细胞活性、破骨细胞活性和GSK-3β表达均降低。与WT+DM组和Mstn+DM组比较,Mstn+DM组BMD、BV/TV、Tb.N、Tb.Th及骨组织Wnt和β-catenin表达均升高,血清PINP和CTX水平,Tb.Sp和SMI,以及骨组织中成骨细胞活性、破骨细胞活性和GSK-3β表达均降低。结论:抑制Mstn基因表达可上调T2DM小鼠骨组织Wnt/β-catenin信号通路,抑制骨吸收,增加骨强度,从而减轻骨质疏松。