黃芩素緩解糖尿病引起的骨丟失中的骨髓間充質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞衰老

文獻(xiàn)信息
四川大學(xué)華西醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科、精神疾病研究所、腦科學(xué)與腦啟發(fā)技術(shù)研究所等團(tuán)隊(duì)的研究成果“Scutellarin Alleviates Bone Marrow Mesenchymal Stromal Cellular Senescence via the Ezh2-Nrf2 Signalling Axis in Diabetes-Induced Bone Loss”（黃芩素通過Ezh2-Nrf2信號(hào)軸緩解糖尿病引起的骨丟失中的骨髓間充質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞衰老）在學(xué)術(shù)期刊《CELL PROLIFERATION》上發(fā)表。平生公司的小動(dòng)物離活一體Micro CT（型號(hào)：NEMO）產(chǎn)品在論文中提供了重要的小鼠骨骼CT圖像和定量分析。

該研究的通訊作者為洪楨教授。第一作者為王田田。

文獻(xiàn)摘要
目前，糖尿病性骨質(zhì)疏松癥（DOP）尚無特效治療方法。作者的研究確定了糖尿病誘導(dǎo)的細(xì)胞衰老，其特征是衰老相關(guān)β-半乳糖苷酶活性升高。針對(duì)衰老細(xì)胞有望治療骨質(zhì)疏松癥。作者證明，野黃芩苷（SCU）有效減輕了DOP小鼠的骨丟失，與SCU聯(lián)合治療顯著降低了糖尿病誘導(dǎo)的LepR+MSCs衰老。此外，作者的研究強(qiáng)調(diào)了Nrf2在SCU對(duì)骨骼的抗衰老作用中的作用。Nrf2的缺失削弱了SCU緩解DOP的能力。從機(jī)制上講，SCU增強(qiáng)了Ezh2的表達(dá)，并增加了Keap1啟動(dòng)子區(qū)域的H3K27me3活性，導(dǎo)致Keap1抑制和增強(qiáng)的Nrf2-ARE信號(hào)傳導(dǎo)。此外，SCU顯著抑制了細(xì)胞衰老和糖尿病相關(guān)的骨質(zhì)疏松癥，這些作用在Ezh2LepRcre條件敲除模型中顯著降低。這些發(fā)現(xiàn)表明，在這種情況下，Ezh2-Nrf2信號(hào)軸對(duì)于介導(dǎo)SCU的有益作用至關(guān)重要�？偟膩碚f，作者的發(fā)現(xiàn)為深入了解DOP的機(jī)制提供了見解，并為這種情況提出了潛在的預(yù)防策略。

實(shí)驗(yàn)方法
Micro-CT分析
處死動(dòng)物后，將股骨固定在4°C的4%多聚甲醛中。隨后，使用來自平生醫(yī)療科技有限公司的NMC-100掃描儀進(jìn)行了微計(jì)算機(jī)斷層掃描（Micro-CT）分析。掃描參數(shù)設(shè)置為90 kV和0.06 mA，像素大小為0.015×0.015×0.01mm。為了確定干骺端的骨小梁參數(shù)，使用了重建圖像重建軟件和Avatar數(shù)據(jù)分析軟件。通過持續(xù)獲得100張層間距為8μm的微CT圖像進(jìn)行小梁測(cè)量。

為了對(duì)海綿狀骨進(jìn)行三維組織形態(tài)計(jì)量分析，獲得了股骨遠(yuǎn)端的橫截面圖像。感興趣的區(qū)域被定義為生長板下方1至1.5毫米。分析了以下參數(shù)：骨體積分?jǐn)?shù)（BV/TV）、Tb.N、Tb.Th和Tb.Sp。對(duì)股骨骨干中段的切片進(jìn)行皮質(zhì)形態(tài)計(jì)量學(xué)分析，以確定皮質(zhì)參數(shù)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果
為了探索補(bǔ)充SCU如何緩解DOP，作者分析了治療小鼠的細(xì)胞衰老和SASP，如圖1所示。在補(bǔ)充SCU的小鼠的骨組織中，作者觀察到與載體處理的小鼠相比，細(xì)胞衰老標(biāo)志物和SASP顯著降低。

圖1 SCU緩解了糖尿病引起的骨量減少和骨形成受損。（A） 股骨遠(yuǎn)端的典型顯微CT圖像。（B-E）小梁骨體積分?jǐn)?shù)（BV/TV）、小梁骨數(shù)量（Tb.N）、小梁骨厚度（Tb.Th）和小梁間距（Tb.Sp）的量化。

圖4 阻斷Nrf2會(huì)損害SCU介導(dǎo)的DOP緩解。將Nrf2^wt小鼠和Nrf2^-/-小鼠分為溶媒組（DOP小鼠）和SCU組（DOP+SCU）。（A） 股骨遠(yuǎn)端的代表性顯微CT圖像。（B-E）小梁骨體積分?jǐn)?shù)（BV/TV）、小梁骨數(shù)量（Tb.N）、小梁骨厚度（Tb.Th）和小梁間距（Tb.Sp）的定量分析。

為了進(jìn)一步探索Ezh2/H3K27me3在SCU體內(nèi)抗衰老作用中的作用，作者制備了Ezh2^LepRcre小鼠，在LepR+MSCs中特異性刪除了Ezh2。作者的研究結(jié)果表明，SCU顯著增加了BV/TV和Tb.N在Ezh2^wt DOP小鼠中，但在Ezh2 KO小鼠中沒有（圖6A-C），表明Ezh2起著關(guān)鍵作用。這種模式在Tb.Th和骨小梁分離度中也很明顯（圖6D），SCU可以在Ezh2wt小鼠中逆轉(zhuǎn)，但不能在Ezh2 KO小鼠中逆轉(zhuǎn)（圖6E）。

圖6 LepR⁺MSCs中Ezh2的缺失損害了SCU緩解衰老的能力。將Ezh2^wt小鼠和Ezh2^LepR-cre DOP小鼠分為溶媒組和SCU組。（A） 股骨遠(yuǎn)端的代表性顯微CT圖像。（B-E）小梁骨體積分?jǐn)?shù)（BV/TV）、小梁骨數(shù)量（Tb.N）、小梁骨厚度（Tb.Th）和小梁間距（Tb.Sp）的定量分析。

使用結(jié)論
這項(xiàng)研究的結(jié)果表明，SCU提高了Ezh2水平，促進(jìn)了Keap1啟動(dòng)子處的H3K27me3活性，導(dǎo)致Keap1抑制和Nrf2-ARE信號(hào)傳導(dǎo)改善。SCU激活Nrf2有助于消除衰老的LepR+MSCs，從而預(yù)防DOP。鑒于SCU被廣泛認(rèn)為是各種健康狀況的安全補(bǔ)充劑，它為解決DOP等與年齡相關(guān)的問題提供了一種有前景的選擇，對(duì)人類受試者的進(jìn)一步研究對(duì)于探索SCU在這一領(lǐng)域的潛在益處至關(guān)重要。

 Micro CT (型號(hào)：NEMO) (平生醫(yī)療科技)
 影像軟件：Avatar（平生醫(yī)療科技）