恢復(fù)核心生物鐘分子 BMAL1 的抑制表達可防止壓縮誘導(dǎo)的椎間盤退變
生物鐘是一種高度保守的內(nèi)源性自主計時系統(tǒng)，可在恒定的 24 小時循環(huán)節(jié)律中維持身體生理和行為。在分子水平上，生物鐘由復(fù)雜的自我調(diào)控的轉(zhuǎn)錄翻譯反饋環(huán)路（TTFLs）構(gòu)成，調(diào)控下游基因的節(jié)律性表達。Bmal1 是 TTFLs 中必不可少的核心生物鐘分子，敲除該基因會造成外周組織生物鐘節(jié)律的紊亂并消除 CLOCK-BMAL1 異二聚體的轉(zhuǎn)錄功能。據(jù)報道，生物鐘紊亂與許多疾病密切相關(guān)，如癌癥、心血管疾病、神經(jīng)退行性疾病、肝腎功能障礙和骨關(guān)節(jié)炎等。然而，生物鐘在椎間盤退變（IDD）發(fā)展中的作用尚不清楚。
下腰痛（LBP）和 IDD 是所有年齡段人群極為常見的癥狀。機械負荷在脊柱發(fā)育和維持脊柱穩(wěn)態(tài)中起著重要作用。目前的證據(jù)表明，累積的機械應(yīng)力，尤其是過度的壓縮應(yīng)力，會損害細胞外基質(zhì)（ECM）代謝并誘導(dǎo)髓核（NP）細胞凋亡，從而導(dǎo)致 ECM 降解并最終導(dǎo)致 IDD。椎間盤（IVD）是一種高度節(jié)律性的組織，經(jīng)歷著每日的活動/休息所施加的周期性負荷。輪班工作會擾亂人體的晝夜節(jié)律，被認為是腰痛的危險因素。有研究表明，IVD 是一個存在外周生物鐘節(jié)律的組織，該生物鐘可以通過衰老來調(diào)節(jié)，并被 IL-1β 破壞。然而，異常機械負荷對 IVD 生物鐘的影響及其在 IDD 發(fā)生和進展中的作用尚未得到探索。
基于此，在第四軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院骨科、放射科和第四軍醫(yī)大學(xué)藥物化學(xué)與藥物分析學(xué)系以及英國曼徹斯特大學(xué)生物醫(yī)學(xué)健康學(xué)院的一項聯(lián)合研究中，系統(tǒng)地分析了人 NP 組織樣本中 BMAL1 表達與 IDD 嚴重程度之間的關(guān)系，并進一步證明了外周時鐘的抑制參與過度機械負荷誘導(dǎo)的 IDD 進展。此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)過度負荷激活了 RhoA/ROCK 通路，從而導(dǎo)致 NP 細胞中 BMAL1 表達降低，Y-27632 和褪黑激素對 RhoA/ROCK 通路的抑制部分恢復(fù)了 BMAL1 的表達并成功改善了 IDD 的進展。研究成果發(fā)表在 Bone Research 期刊題為“Restoring the dampened expression of the core clock molecule BMAL1 protects against compression-induced intervertebral disc degeneration”。
首先，研究人員收集了 149 份不同 Pfirrmann 分級（Ⅱ、Ⅲ級樣本為中度退變組，Ⅳ、Ⅴ級樣本為重度退變組）的 NP 樣本來檢測 BMAL1 的表達。8例均有中度 IDD 和重度 IDD 節(jié)段的患者 NP 組織免疫熒光染色和 MRI 顯示，BMAL1 在重度退變節(jié)段的表達顯著低于中度組。對所有149 個 NP 樣本中 BMAL1 陽性細胞百分比與 Pfirrmann 分級之間的關(guān)系進行單因素線性回歸，發(fā)現(xiàn) BMAL1 表達與 IDD Pfirrmann 分級呈負相關(guān)。
然后進行了多元線性回歸分析，檢驗?zāi)挲g和性別對 BMAL1 表達的影響，發(fā)現(xiàn)年齡和 Pfirrmann 分級是影響 BMAL1 表達的兩個主要負相關(guān)因素，性別是無關(guān)因素。此外，Logistics 回歸的結(jié)果發(fā)現(xiàn)椎間盤退變程度的增加僅與 BMAL1 表達水平的降低有關(guān)，與年齡無關(guān)，這一結(jié)論似乎與年齡引起 BMAL1 降低的結(jié)果相矛盾。因此，通過單獨線性回歸分析探索具有相似 Pfirrmann 分級的 NP 組織 BMAL1 表達與年齡之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)僅在中度 IDD 組中，年齡與 BMAL1 表達呈負相關(guān)，提示在IDD的早期階段，年齡是影響 BMAL1 表達的因素，而其他因素（如異常負荷）可能在 IDD 后期進展中起更重要的作用。
為了確認人 NP 組織具有正常的生物鐘功能，用慢病毒 Per-Luc 轉(zhuǎn)染人類原代 NP 細胞，并監(jiān)測其生物發(fā)光（圖1 a）。為了測試過度的機械負荷是否會抑制 IVD 晝夜節(jié)律，將小鼠中分離的 IVD 外植體進行循環(huán)壓縮（1.0 MPa、1 Hz和2 h）。與未壓縮相比，壓縮的外植體晝夜節(jié)律幅度明顯降低，相位延遲顯著，但周期無變化（圖1 b）。此外，機械負荷幅度的進一步增加（2.0 MPa、1 Hz 和1 h）導(dǎo)致小鼠 IVD 外植體的晝夜節(jié)律完全喪失（圖1 c）。這說明，過度的機械負荷會擾亂 IVD 生物鐘。
基于上述發(fā)現(xiàn)，研究人員假設(shè)恢復(fù) BMAL1 表達的抑制可能部分改善過度壓縮誘導(dǎo)的 NP 細胞功能障礙。為了測試過度壓縮對 BMAL1 表達和 ECM 穩(wěn)態(tài)的不利影響，將 NP 細胞在 0、12、24、36 和 48 h 內(nèi)進行 1.0 MPa 的靜態(tài)壓縮。免疫熒光染色顯示 BMAL1 表達隨時間逐漸降低，IVD 穩(wěn)態(tài)也受到干擾。這表明，過度壓縮會損害 BMAL1 的表達并導(dǎo)致 NP 細胞功能障礙。
然后過表達 BMAL1 以研究 Bmal1 表達的增加是否可以挽救壓縮誘導(dǎo)的 NP 細胞功能障礙。結(jié)果顯示，BMAL1 過表達減輕了壓縮誘導(dǎo)的 NP 細胞凋亡。Western blot測定也證實，BMAL1 過表達恢復(fù)了 NP 細胞在壓縮應(yīng)激下的代謝穩(wěn)態(tài)以及 Aggrecan 的表達，這表明，BMAL1 表達的缺失和生物鐘的破壞是壓縮誘導(dǎo)的 NP 細胞功能障礙的重要因素。上調(diào) BMAL1 表達是預(yù)防壓縮誘導(dǎo)的 NP 細胞凋亡和功能障礙的有效方法。
接下來，為了研究了 BMAL1 KO 對 NP 組織的影響，構(gòu)建 Col2a1-Bmal1 KO 條件性敲除小鼠（cKO）。結(jié)果顯示，cKO 小鼠椎間盤高度指數(shù)顯著降低（圖2 a、c），IVD 中信號強度較低（圖2 b、c），表明 NP 組織的退變表型。與 WT 小鼠相比，cKO 小鼠 NP 和內(nèi)部 AF 組織中 Proteoglycan 丟失增強（圖2 d）。cKO 小鼠 IVDs 中 Proteoglycan 填充較少的區(qū)域與 BMAL1 缺失細胞填充的區(qū)域一致（圖2 e）。此外，cKO 小鼠中 Aggrecan 降低，MMP13 表達增加，表明 Bmal1 缺失可能導(dǎo)致 ECM 降解，從而導(dǎo)致 IDD 的發(fā)展（圖2 e）。因此，BMAL1 對 NP 穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要，其缺失可誘導(dǎo) IDD 的發(fā)展。
RhoA/ROCK 通路在機械轉(zhuǎn)導(dǎo)中起著關(guān)鍵作用。因此，研究假設(shè) RhoA/ROCK 信號可能參與介導(dǎo)壓縮應(yīng)力對 IVD 生物鐘的影響。通過使用 Y-27632 在壓縮應(yīng)力下抑制 RhoA/ROCK 通路，結(jié)果顯示，BMAL1 在壓縮力下顯著降低，Y-27632 處理后以劑量依賴性方式逐漸恢復(fù)（圖3 a、b）。
進一步地，為了測試 Y-27632 是否通過上調(diào) BMAL1 來挽救 NP 細胞凋亡和 ECM 降解，用 BMAL1-siRNA 轉(zhuǎn)染 NP 細胞。與僅受壓縮應(yīng)力的 NP 細胞相比，Y-27632 處理后 TUNEL 陽性率降低。此外，Y-27632 部分恢復(fù)了 NP 細胞中壓縮誘導(dǎo)的 BMAL1 和 Aggrecan 的減少和 MMP13 的增加。單獨使用 si-Bmal1 可顯著降低 Aggrecan 的表達，增加 MMP13 的表達。更重要的是，BMAL1-siRNA 轉(zhuǎn)染完全消除了 Y-27632 的治療效果。補充 Y-27632 不會減弱 BMAL1 敲低誘導(dǎo)的代謝紊亂（圖3 c-f）。這些結(jié)果表明，壓縮應(yīng)力通過激活 RhoA/ROCK 通路降低 BMAL1 的表達，Y-27632 抑制 RhoA/ROCK 通路部分減弱了 BMAL1 表達的降低，從而改善了壓縮應(yīng)力誘導(dǎo)的 IDD 過程。
褪黑素是最常用的調(diào)控中樞節(jié)律異常的藥物。為了測試褪黑素是否通過抑制 RhoA/ROCK 通路恢復(fù) BMAL1 表達并減輕 IDD 的發(fā)展，實驗使用 RhoA/ROCK 信號通路的激動劑花生四烯酸（AA）。與加壓組相比，加入褪黑素后 TUNEL 陽性細胞數(shù)量減少，AA 處理完全消除了這種影響（圖3 g）。此外，加壓組的 p-MLC 表達（RhoA / ROCK通路激活標志物）顯著增加，而褪黑素降低了 p-MLC 的表達，但這種作用被 AA 阻斷（圖3 h、i）。24 h、1.0 MPa 的壓縮導(dǎo)致 BMAL1 和 Aggrecan 表達降低，MMP13 表達增加，褪黑素處理阻止了 BMAL1 的降低以及 Aggrecan 和 MMP13 表達的變化，添加 AA 后，這種保護作用消失（圖3 h、j）。這些結(jié)果表明，褪黑素可以通過抑制 RhoA/ROCK 通路來阻止 BMAL1 表達的下調(diào)。
研究人員通過器官型組織外植體培養(yǎng)來驗證這一機制。Y-27632 和褪黑素顯著緩解了壓力引起的髓核細胞凋亡增加和 BMAL1 及 Aggrecan 表達降低。加壓 12 天后，椎間盤髓核組織的結(jié)構(gòu)發(fā)生了相對明顯的變化，細胞外基質(zhì)降解增加，褪黑素和 Y-27632均緩解了這一改變。這些結(jié)果證實，阻斷 RhoA/ROCK 通路可改善 NP 組織中壓縮誘導(dǎo)的 NP 細胞凋亡和 ECM 降解。
最后，為了研究 Y-27632 和褪黑素對體內(nèi) IDD 的影響，實驗建立了一種新的壓縮誘導(dǎo)大鼠模型，然后在椎間盤內(nèi)給藥 20 μmol·L−1 Y-27632 或 500 μmol·L−1褪黑素。結(jié)果顯示，28天后，壓縮+ PBS組的椎間隙高度指數(shù)（DHI）顯著降低，壓縮+ Y-27632 組和壓縮+ 褪黑素組 DHIs 均有所增加。MRI 還顯示，壓縮+ PBS 組的 Pfirrmann 分級評分明顯更高，然而，Y-27632 或褪黑素治療28 天后顯著降低了這些評分（圖4 a、b）。
此外，壓縮+ PBS 組的 NP 細胞數(shù)量減少，纖維環(huán)結(jié)構(gòu)排列紊亂，ECM 降解增加，而 Y-27632 和褪黑素治療均改善了組織學(xué) IDD 變化。TUNEL 染色顯示，壓縮+ PBS 組 NP 組織的細胞凋亡顯著增加，使用褪黑素和 Y-27632 治療后，這一退變狀況得到了顯著改善（圖4 c、d）。免疫熒光染色顯示，壓縮28 天后，NP 組織中 BMAL1 和Aggrecan 表達顯著降低，MMP13 表達增加，而 Y-27632 和褪黑素治療均部分減輕了 NP 組織中 ECM 失衡并恢復(fù)了 BMAL1 的表達（圖4 e）。這些結(jié)果表明 Y-27632 和褪黑素在壓縮誘導(dǎo)的大鼠模型中恢復(fù)了 BMAL1 的表達并改善了 IDD 進展，進一步驗證了 Y-27632 和褪黑素在體內(nèi)的治療效果。
圖5 圖形概要。（a）臨床樣本采集及BMAL1水平分析。（b）通過抑制RhoA/ROCK通路，過度負荷抑制IVDs的生物鐘，上調(diào)BMAL1表達以減輕壓縮誘導(dǎo)的IDD的分子機制。（c）褪黑素和 Y-27632 在晝夜壓縮模型中部分恢復(fù)了 BMAL1 表達并緩解了 IDD。
總之，該研究表明，過度負荷會抑制 IVD 生物鐘。此外，通過抑制 RhoA/ROCK 通路上調(diào) BMAL1 表達可減輕壓縮誘導(dǎo)的 IDD。這些結(jié)果為 IDD 的發(fā)展提供了新的見解，并為IDD的預(yù)防提供了新的治療策略。
參考文獻：Wang D, Peng P, Dudek M, Hu X, Xu X, Shang Q, Wang D, Jia H, Wang H, Gao B, Zheng C, Mao J, Gao C, He X, Cheng P, Wang H, Zheng J, Hoyland JA, Meng QJ, Luo Z, Yang L. Restoring the dampened expression of the core clock molecule BMAL1 protects against compression-induced intervertebral disc degeneration. Bone Res. 2022 Feb 25;10(1):20. doi: 10.1038/s41413-022-00187-z. PMID: 35217644; PMCID: PMC8881495.
原文鏈接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35217644/
圖片來源：所有圖片均來源于參考文獻
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仿生低壓細胞培養(yǎng)
仿生壓力細胞培養(yǎng)儀 NK-P40
下腰痛（LBP）和 IDD 是所有年齡段人群極為常見的癥狀。機械負荷在脊柱發(fā)育和維持脊柱穩(wěn)態(tài)中起著重要作用。目前的證據(jù)表明，累積的機械應(yīng)力，尤其是過度的壓縮應(yīng)力，會損害細胞外基質(zhì)（ECM）代謝并誘導(dǎo)髓核（NP）細胞凋亡，從而導(dǎo)致 ECM 降解并最終導(dǎo)致 IDD。椎間盤（IVD）是一種高度節(jié)律性的組織，經(jīng)歷著每日的活動/休息所施加的周期性負荷。輪班工作會擾亂人體的晝夜節(jié)律，被認為是腰痛的危險因素。有研究表明，IVD 是一個存在外周生物鐘節(jié)律的組織，該生物鐘可以通過衰老來調(diào)節(jié)，并被 IL-1β 破壞。然而，異常機械負荷對 IVD 生物鐘的影響及其在 IDD 發(fā)生和進展中的作用尚未得到探索。
基于此，在第四軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院骨科、放射科和第四軍醫(yī)大學(xué)藥物化學(xué)與藥物分析學(xué)系以及英國曼徹斯特大學(xué)生物醫(yī)學(xué)健康學(xué)院的一項聯(lián)合研究中，系統(tǒng)地分析了人 NP 組織樣本中 BMAL1 表達與 IDD 嚴重程度之間的關(guān)系，并進一步證明了外周時鐘的抑制參與過度機械負荷誘導(dǎo)的 IDD 進展。此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)過度負荷激活了 RhoA/ROCK 通路，從而導(dǎo)致 NP 細胞中 BMAL1 表達降低，Y-27632 和褪黑激素對 RhoA/ROCK 通路的抑制部分恢復(fù)了 BMAL1 的表達并成功改善了 IDD 的進展。研究成果發(fā)表在 Bone Research 期刊題為“Restoring the dampened expression of the core clock molecule BMAL1 protects against compression-induced intervertebral disc degeneration”。
首先，研究人員收集了 149 份不同 Pfirrmann 分級（Ⅱ、Ⅲ級樣本為中度退變組，Ⅳ、Ⅴ級樣本為重度退變組）的 NP 樣本來檢測 BMAL1 的表達。8例均有中度 IDD 和重度 IDD 節(jié)段的患者 NP 組織免疫熒光染色和 MRI 顯示，BMAL1 在重度退變節(jié)段的表達顯著低于中度組。對所有149 個 NP 樣本中 BMAL1 陽性細胞百分比與 Pfirrmann 分級之間的關(guān)系進行單因素線性回歸，發(fā)現(xiàn) BMAL1 表達與 IDD Pfirrmann 分級呈負相關(guān)。
然后進行了多元線性回歸分析，檢驗?zāi)挲g和性別對 BMAL1 表達的影響，發(fā)現(xiàn)年齡和 Pfirrmann 分級是影響 BMAL1 表達的兩個主要負相關(guān)因素，性別是無關(guān)因素。此外，Logistics 回歸的結(jié)果發(fā)現(xiàn)椎間盤退變程度的增加僅與 BMAL1 表達水平的降低有關(guān)，與年齡無關(guān)，這一結(jié)論似乎與年齡引起 BMAL1 降低的結(jié)果相矛盾。因此，通過單獨線性回歸分析探索具有相似 Pfirrmann 分級的 NP 組織 BMAL1 表達與年齡之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)僅在中度 IDD 組中，年齡與 BMAL1 表達呈負相關(guān)，提示在IDD的早期階段，年齡是影響 BMAL1 表達的因素，而其他因素（如異常負荷）可能在 IDD 后期進展中起更重要的作用。
為了確認人 NP 組織具有正常的生物鐘功能，用慢病毒 Per-Luc 轉(zhuǎn)染人類原代 NP 細胞，并監(jiān)測其生物發(fā)光（圖1 a）。為了測試過度的機械負荷是否會抑制 IVD 晝夜節(jié)律，將小鼠中分離的 IVD 外植體進行循環(huán)壓縮（1.0 MPa、1 Hz和2 h）。與未壓縮相比，壓縮的外植體晝夜節(jié)律幅度明顯降低，相位延遲顯著，但周期無變化（圖1 b）。此外，機械負荷幅度的進一步增加（2.0 MPa、1 Hz 和1 h）導(dǎo)致小鼠 IVD 外植體的晝夜節(jié)律完全喪失（圖1 c）。這說明，過度的機械負荷會擾亂 IVD 生物鐘。
圖1 過度的機械負荷擾亂了IVDs的生物鐘。
基于上述發(fā)現(xiàn)，研究人員假設(shè)恢復(fù) BMAL1 表達的抑制可能部分改善過度壓縮誘導(dǎo)的 NP 細胞功能障礙。為了測試過度壓縮對 BMAL1 表達和 ECM 穩(wěn)態(tài)的不利影響，將 NP 細胞在 0、12、24、36 和 48 h 內(nèi)進行 1.0 MPa 的靜態(tài)壓縮。免疫熒光染色顯示 BMAL1 表達隨時間逐漸降低，IVD 穩(wěn)態(tài)也受到干擾。這表明，過度壓縮會損害 BMAL1 的表達并導(dǎo)致 NP 細胞功能障礙。
然后過表達 BMAL1 以研究 Bmal1 表達的增加是否可以挽救壓縮誘導(dǎo)的 NP 細胞功能障礙。結(jié)果顯示，BMAL1 過表達減輕了壓縮誘導(dǎo)的 NP 細胞凋亡。Western blot測定也證實，BMAL1 過表達恢復(fù)了 NP 細胞在壓縮應(yīng)激下的代謝穩(wěn)態(tài)以及 Aggrecan 的表達，這表明，BMAL1 表達的缺失和生物鐘的破壞是壓縮誘導(dǎo)的 NP 細胞功能障礙的重要因素。上調(diào) BMAL1 表達是預(yù)防壓縮誘導(dǎo)的 NP 細胞凋亡和功能障礙的有效方法。
接下來，為了研究了 BMAL1 KO 對 NP 組織的影響，構(gòu)建 Col2a1-Bmal1 KO 條件性敲除小鼠（cKO）。結(jié)果顯示，cKO 小鼠椎間盤高度指數(shù)顯著降低（圖2 a、c），IVD 中信號強度較低（圖2 b、c），表明 NP 組織的退變表型。與 WT 小鼠相比，cKO 小鼠 NP 和內(nèi)部 AF 組織中 Proteoglycan 丟失增強（圖2 d）。cKO 小鼠 IVDs 中 Proteoglycan 填充較少的區(qū)域與 BMAL1 缺失細胞填充的區(qū)域一致（圖2 e）。此外，cKO 小鼠中 Aggrecan 降低，MMP13 表達增加，表明 Bmal1 缺失可能導(dǎo)致 ECM 降解，從而導(dǎo)致 IDD 的發(fā)展（圖2 e）。因此，BMAL1 對 NP 穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要，其缺失可誘導(dǎo) IDD 的發(fā)展。
圖2 Bmal1的缺失導(dǎo)致NP組織中ECM的降解。
RhoA/ROCK 通路在機械轉(zhuǎn)導(dǎo)中起著關(guān)鍵作用。因此，研究假設(shè) RhoA/ROCK 信號可能參與介導(dǎo)壓縮應(yīng)力對 IVD 生物鐘的影響。通過使用 Y-27632 在壓縮應(yīng)力下抑制 RhoA/ROCK 通路，結(jié)果顯示，BMAL1 在壓縮力下顯著降低，Y-27632 處理后以劑量依賴性方式逐漸恢復(fù)（圖3 a、b）。
進一步地，為了測試 Y-27632 是否通過上調(diào) BMAL1 來挽救 NP 細胞凋亡和 ECM 降解，用 BMAL1-siRNA 轉(zhuǎn)染 NP 細胞。與僅受壓縮應(yīng)力的 NP 細胞相比，Y-27632 處理后 TUNEL 陽性率降低。此外，Y-27632 部分恢復(fù)了 NP 細胞中壓縮誘導(dǎo)的 BMAL1 和 Aggrecan 的減少和 MMP13 的增加。單獨使用 si-Bmal1 可顯著降低 Aggrecan 的表達，增加 MMP13 的表達。更重要的是，BMAL1-siRNA 轉(zhuǎn)染完全消除了 Y-27632 的治療效果。補充 Y-27632 不會減弱 BMAL1 敲低誘導(dǎo)的代謝紊亂（圖3 c-f）。這些結(jié)果表明，壓縮應(yīng)力通過激活 RhoA/ROCK 通路降低 BMAL1 的表達，Y-27632 抑制 RhoA/ROCK 通路部分減弱了 BMAL1 表達的降低，從而改善了壓縮應(yīng)力誘導(dǎo)的 IDD 過程。
褪黑素是最常用的調(diào)控中樞節(jié)律異常的藥物。為了測試褪黑素是否通過抑制 RhoA/ROCK 通路恢復(fù) BMAL1 表達并減輕 IDD 的發(fā)展，實驗使用 RhoA/ROCK 信號通路的激動劑花生四烯酸（AA）。與加壓組相比，加入褪黑素后 TUNEL 陽性細胞數(shù)量減少，AA 處理完全消除了這種影響（圖3 g）。此外，加壓組的 p-MLC 表達（RhoA / ROCK通路激活標志物）顯著增加，而褪黑素降低了 p-MLC 的表達，但這種作用被 AA 阻斷（圖3 h、i）。24 h、1.0 MPa 的壓縮導(dǎo)致 BMAL1 和 Aggrecan 表達降低，MMP13 表達增加，褪黑素處理阻止了 BMAL1 的降低以及 Aggrecan 和 MMP13 表達的變化，添加 AA 后，這種保護作用消失（圖3 h、j）。這些結(jié)果表明，褪黑素可以通過抑制 RhoA/ROCK 通路來阻止 BMAL1 表達的下調(diào)。
研究人員通過器官型組織外植體培養(yǎng)來驗證這一機制。Y-27632 和褪黑素顯著緩解了壓力引起的髓核細胞凋亡增加和 BMAL1 及 Aggrecan 表達降低。加壓 12 天后，椎間盤髓核組織的結(jié)構(gòu)發(fā)生了相對明顯的變化，細胞外基質(zhì)降解增加，褪黑素和 Y-27632均緩解了這一改變。這些結(jié)果證實，阻斷 RhoA/ROCK 通路可改善 NP 組織中壓縮誘導(dǎo)的 NP 細胞凋亡和 ECM 降解。
圖3 通過抑制RhoA/ROCK通路上調(diào)BMAL1表達可改善壓縮誘導(dǎo)的NP細胞凋亡和NP組織中ECM的降解。
最后，為了研究 Y-27632 和褪黑素對體內(nèi) IDD 的影響，實驗建立了一種新的壓縮誘導(dǎo)大鼠模型，然后在椎間盤內(nèi)給藥 20 μmol·L−1 Y-27632 或 500 μmol·L−1褪黑素。結(jié)果顯示，28天后，壓縮+ PBS組的椎間隙高度指數(shù)（DHI）顯著降低，壓縮+ Y-27632 組和壓縮+ 褪黑素組 DHIs 均有所增加。MRI 還顯示，壓縮+ PBS 組的 Pfirrmann 分級評分明顯更高，然而，Y-27632 或褪黑素治療28 天后顯著降低了這些評分（圖4 a、b）。
此外，壓縮+ PBS 組的 NP 細胞數(shù)量減少，纖維環(huán)結(jié)構(gòu)排列紊亂，ECM 降解增加，而 Y-27632 和褪黑素治療均改善了組織學(xué) IDD 變化。TUNEL 染色顯示，壓縮+ PBS 組 NP 組織的細胞凋亡顯著增加，使用褪黑素和 Y-27632 治療后，這一退變狀況得到了顯著改善（圖4 c、d）。免疫熒光染色顯示，壓縮28 天后，NP 組織中 BMAL1 和Aggrecan 表達顯著降低，MMP13 表達增加，而 Y-27632 和褪黑素治療均部分減輕了 NP 組織中 ECM 失衡并恢復(fù)了 BMAL1 的表達（圖4 e）。這些結(jié)果表明 Y-27632 和褪黑素在壓縮誘導(dǎo)的大鼠模型中恢復(fù)了 BMAL1 的表達并改善了 IDD 進展，進一步驗證了 Y-27632 和褪黑素在體內(nèi)的治療效果。
圖4 Y-27632和褪黑素恢復(fù)壓縮誘導(dǎo)的大鼠模型中BMAL1的表達，改善IDD過程。
總之，該研究表明，過度負荷會抑制 IVD 生物鐘。此外，通過抑制 RhoA/ROCK 通路上調(diào) BMAL1 表達可減輕壓縮誘導(dǎo)的 IDD。這些結(jié)果為 IDD 的發(fā)展提供了新的見解，并為IDD的預(yù)防提供了新的治療策略。
參考文獻：Wang D, Peng P, Dudek M, Hu X, Xu X, Shang Q, Wang D, Jia H, Wang H, Gao B, Zheng C, Mao J, Gao C, He X, Cheng P, Wang H, Zheng J, Hoyland JA, Meng QJ, Luo Z, Yang L. Restoring the dampened expression of the core clock molecule BMAL1 protects against compression-induced intervertebral disc degeneration. Bone Res. 2022 Feb 25;10(1):20. doi: 10.1038/s41413-022-00187-z. PMID: 35217644; PMCID: PMC8881495.
原文鏈接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35217644/
圖片來源：所有圖片均來源于參考文獻
小編旨在分享、學(xué)習(xí)、交流生物科學(xué)等領(lǐng)域的研究進展。如有侵權(quán)或引文不當請聯(lián)系小編修正。如有任何的想法以及建議，歡迎聯(lián)系小編。感謝各位的瀏覽以及關(guān)注!進入官網(wǎng)www.naturethink.com或關(guān)注"Naturethink"公眾號，了解更多相關(guān)內(nèi)容。
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仿生低壓細胞培養(yǎng)
仿生壓力細胞培養(yǎng)儀 NK-P40
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