金属离子介导的氧化应激对成骨细胞DNA损伤及其分子机制的研究

金属离子可通过多种途径诱导人工髋关节假体周围骨溶解。迄今对金属离子对成骨细胞损伤的分子机制知之甚少。前期研究报道提示金属离子可引起成骨细胞胞内氧化蛋白增加，但其作用机制还有待探讨。为此，我们提出假说，金属离子可能诱导氧化应激而导致成骨细胞DNA损伤，引起假体周围骨溶解。为了验证这一假说，本项目拟完成：1.用单细胞凝胶电泳技术检测金属离子致体外成骨细胞DNA损伤程度以及成骨细胞损伤后成骨功能改变；2. 氧化应激信号通路PI3K/Akt、ERK1/2在成骨细胞DNA发生损伤时的地位；3.内源转录因子Nrf2发生核转位及外源给予NAC对金属离子介导的成骨细胞DNA损伤及成骨功能的保护作用。通过上述研究，力图阐明金属离子作用于成骨细胞时，因氧化损伤所致胞内DNA损伤的机制及信号通路，明确其对成骨细胞生物学功能的影响，以及对这种损伤的可能保护机制，为临床防治金属离子介导的假体无菌性松动提供理论依据。

人工全髋关节置换术假体材料的选择一直是人们关注的问题之一，金属对金属关节界面假体以良好的刚度和强度、优越的抗磨损性获得了广泛运用。然而，由此引起的金属离子问题也越发引起重视。本项目设计思路就是从金属离子的氧化应激出发，研究其对成骨细胞的DNA的损伤及其分子机制，以及对这种损伤的可能的保护机制。. 本课题组队本课题划分为以下三阶段内容进行研究：（1）该部分主要研究金属离子对成骨细胞的生物学功能影响以及BCMA这一基因对抗金属离子毒性的作用。研究结果表明以铬离子为代表的金属离子可以显著影响成骨细胞的生长、增值，甚至可引起凋亡。同时，金属离子对成骨细胞的经典成骨指标ALP、骨钙素、钙结节等也有下调表达作用。该部分还首次确定了BCMA这一基因在成骨细胞内的表达，并通过免疫荧光对其细胞表达位置进行了定位。后续实验表明BCMA上调表达后可以显著降低铬离子造成的细胞毒性，说明其对成骨细胞具有保护作用。金属离子这一阶段课题成果发表在毒理学杂志和Biotechnol Appl Biochem杂志上；（2）第二阶段主要进行了金属离子对成骨细胞诱导的氧化应激损伤作用的研究。通过活性氧检测发现，在一定浓度范围内，随着金属离子浓度增加，活性氧产生越多，氧化应激越严重，这对细胞DNA造成的损伤也越严重，同时氧化应激信号通路中PI3K/AKT、ERK1/2通路关键位点蛋白表达上调。这些表明氧化应激就是金属离子对成骨细胞造成的细胞毒性的途径之一。同时，通过文献查证，发现虾青素这种物质对氧化应激具有保护作用，随后，我们对其在金属离子造成的氧化应激中的保护作用进行了验证，结果表明虾青素确实可以降低金属离子存在环境中的氧化应激程度，对细胞提供了保护作用。该阶段研究成果已成文,正在审稿。（3）第三阶段在研内容为内源转录因子Nrf2发生核转位及外源给予NAC对金属离子介导的成骨细胞DNA损伤及成骨功能的保护作用。我们通过外源性给予NAC这种抗氧化剂，通过分子、蛋白层面的检测，观察其对金属离子造成的DNA损伤的保护作用

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