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Effects of naringin on proliferation, differentiation and matrix mineralization of MC3T3 E1 cells

柚皮苷对小鼠成骨细胞MC3T3 E1增殖、分化和矿化的影响



全 文 :柚皮苷对小鼠成骨细胞 MC3T3E1增殖、分化和
矿化的影响
丁佩惠1,唐琪2,陈莉丽1
(1.浙江大学 医学院 附属第二医院 口腔科,浙江 杭州 310006;
2.杭州口腔医院,浙江 杭州 310006)
[摘要] 目的:检测骨碎补有效成分柚皮苷对成骨细胞株 MC3T3E1细胞增殖、分化和矿化的影响。方法:以成骨细胞
株MC3T3E1细胞为体外药效的试验模型(药物组和对照组),通过CCK8法观察10,1,01,001,0001,00001μmol·L-1
的柚皮苷溶液对MC3T3E1细胞增殖能力的影响;通过乳酸脱氢酶(LDH)细胞毒性试验观察以上浓度的柚皮苷溶液对细胞毒
性能力的影响。通过骨形成蛋白2(BMP2),碱性磷酸酶(ALP)活性测定和骨钙素(OC)含量测定观察柚皮苷对MC3T3E1细
胞分化能力的影响;通过Vonkossa钙化染色法观察柚皮苷对MC3T3E1细胞钙化能力的影响。结果:高浓度的柚皮苷溶液在
12h和24h时能促进MC3T3E1细胞的增殖作用。而低浓度的柚皮苷溶液则无此作用。所测的各个组别细胞毒性百分比都
较小,且随着时间的推移(12,24,48h)变化较小。光镜下观察各个时间点细胞的密度和形态也未发生明显的变化。BMP2细
胞免疫化学结果表明,24,48h时柚皮苷浓度10,1,01μmol·L-1包浆内棕色着色比对照组明显。ALP检测结果表明48h
时,1,01μmol·L-1的柚皮苷溶液可提高MC3T3细胞的ALP活性(P<005)。72h时,01μmol·L-1的柚皮苷溶液可提高
MC3T3细胞的ALP活性(P<005)。OC检测结果表明12d时,10,1μmol·L-1柚皮苷溶液作用组与对照组相比OC活性明
显提高(P<005)。Vonkossa染色钙化面积百分比结果表明3组柚皮苷溶液作用组与对照组相比无明显区别。结论:柚皮苷
溶液可以提高成骨细胞株MC3T3E1增殖能力和分化能力。
[关键词] 柚皮苷;成骨细胞;增殖;分化;基质矿化
[收稿日期] 20080821
[基金项目] 浙江省科技厅重点科研项目(2005c23034)
[通信作者] 陈莉丽,Tel:(0571)87784576,Email:phding@163.
com
  长期以来,国内外学者一直致力于研究牙槽骨
再生和重建方法。然而这些方法虽有一定的应用价
值和前景,但是各自都存在着一定的缺憾。中药是
我国传统医学的瑰宝,是潜在的新药来源。众所周
知,中医中药在治疗骨损伤疾病历史悠久且颇有疗
效。骨碎补为骨伤科常用中药,具有补肾强骨,续
伤止痛等功效[1]。笔者以往的研究也发现,骨碎
补水提液和醇提液能促进小鼠成骨细胞株 MC3T3
E1的增殖、分化和钙化作用;能抑制大鼠实验性
牙槽骨吸收[23]。但是由于中药骨碎补提取液 (醇
提物和水提物)仅仅是不同极性的制品,其有效
成分和作用机制不明,不是现代中药。现代中药是
当今中医药发展的主流,其核心内容是必须确定有
药效作用、化学结构基本明确的成分[45]。因此在
以往研究的成果的基础上,综合国内外文献,考虑
从骨碎补主要成分之一柚皮苷着手进行药效鉴定,
研究其对小鼠成骨细胞株MC3T3E1的增殖、分化
和钙化的影响。
1 材料和方法
1.1 细胞株及培养
小鼠成骨细胞株MC3T3E1为本校医学院病原
生物学实验室提供,培养液为含 10%胎牛血清和
035g·L-1的谷氨酰胺的αMEM(Gibco)。在5%
CO2,37℃培养箱中培养,2d换液1次。3~4d传
代1次,25~35代的细胞待用。
1.2 药品
柚皮苷(中国药品生物制品检定所,纯度99%,
批号110722200309),二甲基亚砜(DMSO,Sigma公
司)。5805mg柚皮苷溶于1mL二甲基亚砜中,以
022μm过滤膜滤过,终浓度为001mol·L-1,作
为母液,-70℃保存。再用10%胎牛血清或者1%
胎牛血清的αMEM培养液稀释成以下浓度梯度备
用:10,1,01,001,0001,00001μmol·L-1。
为了避免二甲基亚砜造成细胞损伤,培养液中其终
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浓度必须小于等于 01%。CCK8试剂盒(批号
WF855,上海同仁化学研究所)。乳酸脱氢酶
(LDH)细胞毒性试剂盒(美国罗氏公司)。骨形成
蛋白2(BMP2)一抗和免疫化学试剂盒(博士德公
司)。碱性磷酸酶(ALP)试剂盒(日本Wako公司)。
BCA试剂盒(碧云天公司)。小鼠骨钙素(OC)酶链
免疫试剂盒(美国R&B公司)。Vonkossa钙化条件
培养液为10%新生牛血清的 αMEM培养基,加入
抗坏血酸母液和β甘油磷酸钠母液,使其工作浓度
分别为50mg·L-1和 2mmol·L-1。核固红染液
(博士德公司)。
1.3 检测指标
1.3.1 细胞增殖效应 采用 CCK8法检测细胞增
殖效应。96孔板中每孔接种1×105个/mLMC3T3
E1细胞。24h后,更换培养液并添加含10%胎牛
血清各柚皮苷溶液100μL,浓度分别为10,1,01,
001,0001,00001μmol·L-1。添加等体积含
10%胎牛血清培养基作为阴性组,同时设立不加细
胞的空白组,各为6复孔,分别添加12,24,48h。到
规定的时间点后,各孔加入 10μL的 cck8溶液。
37℃孵育2h,测定450nm处吸光度(A)。
1.3.2 细胞毒性效应 采用乳酸脱氢酶试验进行
检测。试验方法及药物及浓度同1.3.1,设置2组
对照组即毒性低对照组和高对照组。同时设立不加
细胞的空白对照组。各为6复孔,分别添加12,24,
48h。到了规定的时间点后,高对照组添加2% Tri
tionX100,37℃敷育 15min后各孔分别添加 100
μL的反应液混合物(现配),常温下避光孵育 8
min。加50μL的终止液,振荡 10s。酶联免疫仪
490nm/630nm双波长测吸光度(A)。
细胞毒性=(A样本组-A低对照组)/(A高对照组 -A
低对照组)×100%
1.3.3 BMP2的测定 带盖玻片的12孔板中每孔
接种1×105个/mLMC3T3E1细胞做成细胞爬片。
48h后,更换培养液并添加含10%胎牛血清各柚皮
苷溶液,浓度分别为10,1,01μmol·L-1。添加含
10%胎牛血清等体积培养基作为阴性对照组。各为
2复孔,分别添加 12,24,48h。4%的多聚甲醛固
定,3%H2O2去离子水孵育,封闭。滴加1∶200的一
抗,4℃敷育过夜。相应的对照组用PBS代替一抗。
滴加二抗,37℃孵育12min。滴加辣根酶标记链卵
蛋白素工作液,37℃孵育12min。DAB显色。苏木
素复染,脱水,二甲苯透明,中性树胶封片。
1.3.4 ALP活性测定 6孔板中每孔接种1×105
个/mLMC3T3E1细胞。试验方法及药物及浓度同
1.3.3,分别添加24,48,72h。到规定的时间点后,
各孔加75μL裂解液,收集上清,-70℃冻存。用
BCA试剂盒测总蛋白浓度,用LabAssayALP试剂盒
测ALP含量。最后计算相对的ALP活性。
1.3.5 OC检测 12孔板中每孔接种 1×105个/
mLMC3T3E1细胞。试验方法及药物和浓度同
133,第4天取各孔培养液-70℃保存,换同种等
量培养基及各提取液,各提取液连续添加4d。第8,
12天操作同上。用小鼠骨钙素酶链免疫试剂盒
(ELISA)测定OC浓度。
1.3.6 细胞钙化程度检测 采用Vonkossa钙化染
色法[6]。6孔板每孔接种1×105/mLMC3T3E1细
胞。试验方法及药物及浓度同1.3.3,连续作用3d
后各孔细胞用Vonkossa钙化液换液,隔天1次,第
17天换液2d后终止培养,Vonkossa钙化染色法进
行染色。HPIAS100高清晰度彩色病理图文报告分
析系统计算各样本的钙化面积百分比[7]。
1.4 统计学分析
数据用 珋x±s表示。SPSS分析软件(150版本)
进行单因素方差分析。方差齐时用 LSD方法进行
统计分析,方差不齐时用Dunnet'sT3方法进行统计
分析。P<005表示有显著性差异,P<001为有
非常显著性差异。
2 结果
2.1 细胞增殖效应
CCK8法结果表明:12h时,高浓度的柚皮苷溶
液能显著促进成骨细胞增殖,而低浓度的柚皮苷溶
液则无此作用。与对照组比较,10μmol·L-1的柚
皮苷能显著促进 MC3T3E1细胞增殖(P<001),
1,01μmol·L-1的柚皮苷促进 MC3T3E1细胞增
殖(P<005)。24h时,10,1μmol·L-1的柚皮苷
与对照组比较能促进 MC3T3E1细胞增殖(P<
005)。48h时,各个不同浓度的柚皮苷溶液均无
促进细胞增殖作用(图1)。
2.2 细胞毒性测定
所测的各个组别细胞毒性百分比都较小,且随
着时间的推移(12,24,48h)变化较小(图2)。光镜
下观察各个时间点细胞的密度和形态也未发生明显
的变化。
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图1 不同浓度的柚皮苷对MC3T3E1细胞
CCK8(A)的影响(珋x±s,n=6)
图2 不同浓度的柚皮苷对MC3T3E1
细胞毒性的影响(珋x±s,n=6)
2.3 BMP2检测结果
BMP2细胞免疫化学结果表明:24h时,所选
取的3组柚皮苷浓度10,1,01μmol·L-1胞浆内棕
色着色比对照组明显(图3)。12h时,柚皮苷作用
组和对照组无明显区别。48h时所得的结果与24h
的结果相似。
a.对照组;b.柚皮苷10μmol·L-1浓度作用组。
图3 柚皮苷溶液对MC3T3E1细胞BMP2表达的影响
2.4 ALP检测结果
24h时,所选取的3组柚皮苷浓度10,1μmol·
L-1与对照组相比 ALP活性有所提高,但是未达到
统计学意义,而01μmol·L-1的柚皮苷溶液与对
照组相比ALP活性反而有所下降(P<005)。48h
时,1,01μmol·L-1的柚皮苷溶液可提高 MC3T3
细胞的ALP活性(P<005)。72h时,01μmol·
L-1的柚皮苷溶液可提高 MC3T3细胞的 ALP活性
(P<005)(图4)。
图4 不同浓度的柚皮苷对MC3T3E1
细胞 ALP活性的影响(珋x±s,n=3)
2.5 OC检测结果
4,8d时,3组柚皮苷组与对照组相比 OC活性
都有所提高,但未达到统计学意义。而12d时,10,
1μmol·L-1柚皮苷溶液作用组与对照组相比 OC
活性明显提高(P<005)。01μmol·L-1的作用
组则无此作用(图5)。
图5 不同浓度的柚皮苷对MC3T3E1细胞
中OC浓度的影响(珋x±s,n=3)
2.6 Vonkossa染色钙化面积结果
与相应对照组比较,10,1,01μmol·L-13组
柚皮苷溶液作用组的细胞体外钙化面积比与对照组
相比无明显变化。
4 讨论
成骨细胞在骨形成过程中经历分裂增殖、分化
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成熟和基质钙化3个阶段[8]。MC3T3E1细胞株具
有体外培养成骨细胞的各种生物学特性,包括碱性
磷酸酶活性、Ⅰ型胶原合成和基质矿化等[89],是一
株良好的体外培养成骨细胞株,已成为研究药物对
成骨细胞影响的有价值的体外细胞模型。本实验分
别检测了不同浓度的柚皮苷溶液对MC3T3E1细胞
增殖、分化和钙化功能的影响。
CCK8法结果表明高浓度的柚皮苷溶液能显著
促进成骨细胞增殖,而低浓度的柚皮苷溶液则无此
作用。而且随着时间的推移,浓度较低的柚皮苷溶
液的有效性降低。说明柚皮苷对细胞增殖的促进作
用有一定的时效性。细胞毒性通常是通过测量包膜
破坏率来衡量。LDH是在任何细胞中都存在的一
种稳定的包浆酶[10]。本实验所选的柚皮苷溶液浓
度范围内对细胞的毒性很小,几乎不影响细胞
的生长。
随着成骨细胞分化的逐渐进展,其增殖能力减
弱,到成熟的成骨细胞不具备增殖能力[11]。BMP2
能诱导成骨细胞的分化,能影响成骨细胞的矿化进
程。BMP2能调控成骨细胞系的 ALP、胶原和胰岛
素样生长因子等的合成[12]ALP和 OC分别是成骨
细胞培养过程中早期和中期分化的标志物[1314]。
通过免疫组化染色发现柚皮苷能明显增加骨细
胞中BMP2的含量,促进前成骨细胞向成骨细胞转
化,但随着药物浓度升高,刺激细胞分化的能力未有
相应的增加。这可能是由于此次药物浓度梯度相差
不大,在以后的实验中,可加大浓度梯度观察柚皮苷
溶液的作用是否随着药物浓度而变化。而12h时
内未发生明显的改变,可能是由于细胞刚开始时增
殖作用占先,而分化作用相对减弱。
ALP检测结果表明低浓度组柚皮苷溶液的促
ALP分泌作用较为持久。且结果与文献提示的ALP
为分化早期指标,OC为分化晚期指标较为吻合,至
于低浓度的柚皮苷溶液在促进ALP和OC中表现出
来的不同作用,提示 OC和 ALP为2个相对独立的
分化指标,之间不存在级联放大效应,但是具体机制
还待进一步验证。而 BMP2作为 ALP合成的调控
因子之一,其24h和48h的高表达可能与ALP48h
和72h的高活性有一定的关联。
体外长期培养(15~21d)的成骨细胞在给予的
钙化条件下可形成钙化骨基质,但是形成钙化结节
必须有维生素 C和 β甘油磷酸钠的存在[1516]。本
实验各药物组与对照组相比,各浓度柚皮苷溶液作
用组与相应的对照组促进体外钙化的能力未见明显
不同。其具体原因尚待进一步证明。
本实验结果表明柚皮苷溶液有促进 MC3T3E1
细胞体外增殖、分化的作用,但无促进矿化作用。这
与我们骨碎补提取物(水提液和醇提液)作用于
MC3T3E1细胞的研究结果有一定的相似性,但是
骨碎补水提液和醇提液都有促进成骨细胞钙化作
用。以上研究结果比较提示柚皮苷是骨碎补的主要
有效成分之一,但骨碎补溶液中还存在着其他有效
成分与柚皮苷起着协同作用。寻找和明确其他有效
成分将是今后努力的方向之一。
本实验结果是药物对体外培养成骨细胞的直接
作用,其作用机制尚待进一步探讨。如若柚皮苷确
定有药效作用,且其化学结构基本明确,则此成分的
进一步研究和开发对于促进骨再生现代中药的开发
具有相当重要的意义。由于药物参与的骨代谢过程
是成骨细胞和破骨细胞共存的细胞系,所以建立成
骨细胞和破骨细胞共存的细胞系才是最接近骨形成
体系的实验模式,这将是今后努力的方向。
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Efectsofnaringinonproliferation,differentiationandmatrix
mineralizationofMC3T3E1cels
DINGPeihui1,TANGQi2,CHENLili1
(1.DepartmentofStomatology,theSecondAfiliatedHospital,ColegeofMedicine,Zhejiang
University,Hangzhou310006,China;
2.HangzhouStomatologicalHospital,Hangzhou310006,China)
[Abstract] Objective:Toinvestigatetheefectofnaringinontheproliferation,diferentiationandmatrixmineralizationof
MC3T3E1celsinvitro.Method:MC3T3E1cellinesweretakeninvitromodel.CCk8methodwasusedtoobservetheproliferation
ofMC3T3cels.Lacticaciddehydrogenasecytotoxicity(LDH)testwasusedtoobservetheceltoxicity.Bonemorphogeneticprotein
2(BMP2),alkalinephosphatase(ALP)andosteocalcin(OC)wereusedtoobservetheceldiferentiation.Vonkossacalcification
stainingmethodwasusedtoobservethecelcalcification.Result:Thehighdosagesofthenaringincouldpromotetheproliferationof
MC3T3E1celsatboth12hand24h.While,lowdosagesdidnotshowthesamecapability.LDHtestshowedthatthecytotoxicity
percentagesinalsixnaringintreatedgroupswerequitelow.BMP2cytoimmunochemistrytestshowedthatthethreenaringintreated
group(10,1,01μmol·L-1)showedhigherbrowncolorationincytoplasmthanthecontrolgroupatboth24hand48h.1,01
μmol·L-1naringinraisedALPactivityofMC3T3E1celsat48h(P<005).Meanwhile,01μmol·L-1naringinincreasedthe
ALPactivityat72h(P<005).10and1μmol·L-1naringinincreasedthecapabilityofMC3T3E1celtosynthesizeosteocalcin
during8th12thdsinceaddingthemedicine(P<005).Naringindidnotshowthepositiveefectsoncelcalcification.Conclusions:
NaringincouldpromoteproliferationanddiferentiationofMC3T3E1cels.
[Keywords] naringin;osteoblast;proliferation;diferentiation;matrixmineralization
[责任编辑 古云侠]
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