骨形态发生蛋白2/7异二聚体对人脂肪间充质干细胞成骨分化的促进作用

摘要

目的:探讨新型成骨诱导生长因子骨形态发生蛋白2/7异二聚体(bone morphogenetic protein 2/7heterodimer,BMP-2/7)在诱导人脂肪间充质干细胞(human adipose-derived stem cells,h ASCs)成骨分化中的作用。方法:体外培养h ASCs,以成骨诱导培养基(osteogenic medium,OM)中添加150μg/L BMP-2/7为实验组,以单纯OM为阳性对照组(OM组),以常规增殖培养基(proliferation medium,PM)为阴性对照组(PM组)。体外诱导的第1、4和7天检测细胞DNA含量,第7和14天进行碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)染色及定量检测,第21和28天进行茜素红染色及定量检测,第1、4、7和14天分别进行成骨相关基因的检测。体内实验使用6只裸鼠,于其背部正中做皮肤切口,向两侧分离出4个皮下植入腔,分别植入:(1)单纯β-磷酸三钙(β-tricalcium phosphate,β-TCP)支架(支架对照组);(2)β-TCP支架+h ASCs(体外PM培养1周)(增殖细胞对照组);(3)β-TCP支架+h ASCs(体外OM培养1周)(诱导细胞对照组);(4)β-TCP支架+h ASCs(体外OM+150μg/L BMP-2/7培养1周)(实验组)。植入后4周进行取材,标本制成组织学切片,进行HE和Masson三色染色分析。结果:体外诱导后第1天,实验组细胞DNA含量与PM组差异没有统计学意义(P>0.05),第4天时实验组细胞DNA含量较PM组升高(P0.05)。诱导7天和14天后,实验组的ALP染色及定量检测均高于OM组和PM组(P<0.05);第21和28天矿化结节染色及钙沉积定量检测均高于OM和PM组(P<0.05)。诱导第1天时实验组的成骨相关基因(Runx2、ALP、COL-1A1)的表达量即高于PM组(P<0.05),诱导第4天时骨钙素(osteocalcin,OC)基因表达量即开始升高,第4、7和14天的基因表达量较OM和PM组显著升高(P<0.05)。HE染色分析可见实验组和诱导细胞对照组的h ASCs能分泌出嗜酸性较强的均质细胞外基质,出现了强嗜酸性的类骨组织;与诱导细胞对照组相比,实验组的细胞外基质嗜酸性更强,类骨组织的面积更大,结构更加典型;其他两对照组均未见矿化基质和类骨组织生成。Masson三色染色分析可见实验组呈强阳性表现,细胞基质中充满绿染的胶原;诱导细胞对照组和增殖细胞对照组的细胞基质中有不同程度的阳性表现,但较之实验组,胶原的数量明显减少;单纯支架组未见胶原的表达。结论:BMP-2/7在h ASCs的成骨分化过程中发挥了重要作用,能够有效促进h ASCs的体外和体内成骨分化。