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Effects of traditional Chinese medicine Fructus psoraleae on differentiation of  mouse osteoblastic MC3T3-E1 cell in vitro

补骨脂提取物对体外培养小鼠成骨细胞株MC3T3-E1细胞分化的影响


目的:研究补骨脂提取物对体外培养新生小鼠颅骨MC3T3-E1细胞分化的影响。方法:以小鼠成骨细胞株MC3T3-E1作为药物筛选的细胞模型,将培养的MC3T3-E1小鼠成骨细胞分为4组:空白组,补骨脂提取物(含生药)0.02,0.2,2 g·L-1不同剂量组。检测细胞ALP,Ⅰ型胶原蛋白的含量,采用real-time PCR测定补骨脂提取物对MC3T3-E1细胞ALP,Ⅰ型胶原蛋白及骨钙素mRNA表达的影响。结果:补骨脂提取物生药剂量0.2 g·L-1,能提高MC3T3-E1细胞ALP的活性,促进Ⅰ型胶原蛋白分泌。同时分别在7~14 d对MC3T3-E1细胞ALP,以及在14~21 d Ⅰ型胶原蛋白、骨钙素mRNA表达有明显的促进作用。结论:中药补骨脂提取物能有效促进成骨细胞的分化,为研究中药补骨脂的作用机制提供参考

Objective: To investigate the effect of Fructus psoraleae on the differentiation of cultured osteoblast MC3T3-E1 cell isolated from neonatal mouse‘s calvarium.  Method: F. psoraleae preparation was extracted with distilled water. A mouse osteoblast cell line MC3T3-E1 was used as a cell model for screening potency. Cultured MC3T3-E1 osteoblasts were divided into 4 groups:  control and F. psoraleae extract 0.02, 0.2, 2 (crude drug) g·L-1, change the medium and extract every 3 days. The content of ALP and type Ⅰ collagen were measured. The expression of ALP, type Ⅰ collagen and osteocalcin mRNA in MC3T3-E1 cell was detected by real-time PCR.  Result: The activity of ALP was stimulated by extract of F. psoralea at doses 0.2 g·L-1, and the content of type Ⅰ collagen was encouraged at doses 0.2 g·L-1. The extract of F. psoralea enhanced the expression of ALP, type Ⅰ collagen and osteocalcin mRNA in MC3T3-E1 cell. The expression of ALP mRNA was enhanced by extract of F. psoralea at doses 0.2 g·L-1 for 7-14 d, and the expression of type Ⅰ collagen and osteocalcin mRNA was enhanced at doses 0.2 g·L-1 for 14-21 days.  Conclusion: F. psoralea can stimulate the differentiation of osteoblasts in vitro. It will offer a reference for the active mechanism research.


全 文 :补骨脂提取物对体外培养小鼠成骨细胞株
MC3T3E1细胞分化的影响
宋 芹1,2,董小萍2,郁小兵1,3
(1.新乡医学院 组织再生省重点实验室,河南 新乡 453003;
2.成都中医药大学 药学院,四川 成都 610075;
3日本株式会社高研公司,日本 东京 11500551)
[摘要] 目的:研究补骨脂提取物对体外培养新生小鼠颅骨 MC3T3E1细胞分化的影响。方法:以小鼠成骨细胞株
MC3T3E1作为药物筛选的细胞模型,将培养的MC3T3E1小鼠成骨细胞分为4组:空白组,补骨脂提取物(含生药)002,02,
2g·L-1不同剂量组。检测细胞ALP,Ⅰ型胶原蛋白的含量,采用realtimePCR测定补骨脂提取物对MC3T3E1细胞ALP,Ⅰ
型胶原蛋白及骨钙素mRNA表达的影响。结果:补骨脂提取物生药剂量02g·L-1,能提高 MC3T3E1细胞 ALP的活性,促
进Ⅰ型胶原蛋白分泌。同时分别在7~14d对MC3T3E1细胞ALP,以及在14~21dⅠ型胶原蛋白、骨钙素mRNA表达有明
显的促进作用。结论:中药补骨脂提取物能有效促进成骨细胞的分化,为研究中药补骨脂的作用机制提供参考。
[关键词] 补骨脂;ALP;Ⅰ型胶原蛋白;骨钙素;基因表达
[收稿日期] 20080710
[通信作者] 郁小兵,首席研究员,日本文部省特聘研究员,医学
理学博士。从事生物科学及临床医学研究。Tel:00819057687600,
Email:jfxb@sina.com
  中药补骨脂为豆科植物补骨脂Psoraleacorylifo
lia的干燥成熟果实,性味辛、苦、大温,入肾经,
有补肾壮阳、温脾止泻之功效[1]。临床广泛用于
治疗肾虚腰膝痛、骨痿、骨痹,具有促进成骨细胞
的增殖与分化、抗骨质疏松的作用[24]。Ⅰ型胶原
蛋白(typeⅠ colagen)、碱性磷酸酶(ALP)和骨钙
素(osteocalcin)是常用的观察成骨细胞成熟的指标。
体外成骨细胞的成骨过程由细胞增殖、细胞外基质
形成及成熟、骨基质矿化几个过程组成,每个阶段的
成骨细胞均表现出不同的特性,各个阶段与成骨有
关的基因表达的时限和量都有所不同[5]。小鼠颅
骨细胞来源的前成骨细胞MC3T3E1细胞系是体外
研究成骨过程的经典模型[6]。目前对补骨脂作用
机制的研究主要是以蛋白质水平为指标,本研究将
以小鼠成骨细胞株MC3T3E1作为药物筛选的细胞
模型,检测不同药物浓度和不同培养阶段 MC3T3
E1细胞ALP,Ⅰ型胶原蛋白的含量,并首次采用 re
altimePCR考察补骨脂提取物对 MC3T3E1细胞
ALP,Ⅰ型胶原蛋白及骨钙素mRNA表达的影响,从
蛋白质和基因水平指标揭示补骨脂抗骨质疏松的作
用机制。
1 材料
1.1 补骨脂提取物
补骨 脂 购 于 日 本
$
本 天 海 堂 (Lot.
029707001),由成都中医药大学董小萍教授鉴定为
豆科植物补骨脂Pcorylifolia的干燥成熟果实。补
骨脂提取物为自制,称取粉碎的补骨脂药材10g,加
蒸馏水200mL,加热,煮沸2h,冷却到室温后减压
滤纸过滤,除去不容物,022μm微孔滤膜滤过除
菌,备用。
1.2 细胞株
MC3T3E1小鼠成骨细胞引自日本北海道大学
齿科研究室。
1.3 试剂
IGEPALCA630(美 国 Sigma 公 司, Lot.
80K1048),Tris(日本和光纯药株式会社,Lot.
CEL1374),Trypanbluesolution(美国 Sigma公司,
Lot.076K2331),ALP试剂盒(日本和光纯药株式会
社,Lot.TFR4977),胶原蛋白试剂盒(SircolTMSolu
bleColagenAssay,英国 Biocolor公司),TotalRNA
提取试剂盒 FastlanecelscDNAkit(德国 Qiagen公
司),逆转录试剂盒 Reversetranscriptionkit(德国
Qiagen公司),RealtimePCR试剂盒 SYBRPremix
ExTaqTMRR041A(日本 TaKaRa株式会社),cDNA
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精制试剂盒MinElutePCRPurificationKit(德国Qia
gen公司),NucleasefreeWater(美国 Ambion公司,
Lot.0701006),Agarose21(日本和光纯药株式会
社,Lot.13065F),50×TAE(日本和光纯药株式会
社,Lot.007961D)。
1.4 仪器设备
UV1601型紫外分光光度计(日本岛津公司),
PCR扩增仪 GeneAmpPCRSystem2700(美国 Ap
pliedBiosystems公司),RealtimePCRLightCycler
15(瑞士Roche公司)。
2 方法
2.1 细胞培养
MC3T3E1细胞于 αMEM完全培养基(10%胎
牛血清,100U·mL-1青霉素和100mg·L-1链霉
素)在5%CO2,湿度95%,恒温37℃的二氧化碳培
养箱中培养。每3d换液1次,5~6d细胞基本融
合后传代。吸去原培养基,用 PBS溶液清洗2次,
加入025% Trypsin1mmol·L-1EDTA·4Na溶液
05mL,37℃ 消化1min后,于相差显微镜下见细
胞胞体收缩,变圆,加 αMEM完全培养基10mL终
止消化。轻轻反复吹打细胞,使其浮游,移至50mL
离心管,速度 200r·min-1,2min离心,吸去上清
液,加入适量含血清培养基,轻轻吹打,使管底细胞
浮游,均匀分散。取96孔板,按3×103个/孔播种细
胞。待细胞附着后,每3d换液1次,换液时分别加
入适量供试液样品,使各样品组最终浓度(生药)分
别为002,02,2g·L-1,以加入蒸馏水为空白组,
分别培养7,14,21d。
2.2 Ⅰ型胶原蛋白含量的测定
按2.1方法培养细胞14d,弃去培养液,各孔用
4℃预冷的PBS洗涤2次,再加入100μLPBS于冰
浴超声破碎细胞,采用胶原蛋白试剂盒,测定Ⅰ型胶
原蛋白含量。
2.3 ALP活性的测定
采用DNA含量对 ALP测定结果进行校正,按
2.1方法培养细胞14d,弃去培养液,各孔用4℃预
冷的PBS洗涤2次,再加入100μLPBS于冰浴中超
声裂解细胞,分别取 50μL测定 DNA含量和 ALP
活性。取其中一份 50μLPBS细胞悬液,加入 50
μL细胞核膜裂解液[7](01mol·L-1磷酸盐缓冲液
pH74,025mol·L-1NaCl),于冰浴超声破裂细
胞,采用 H33258与 DNA结合生成荧光物质,于激
发光源波长356nm,检测波长460nm处,测定DNA
含量。取另一份50μLPBS细胞悬液,加入50μL
细胞裂解缓冲液(20mmol·L-1TrisHClpH74,2
mmol·L-1MgCl2,04%IGEPALCA630)于冰浴中
超声裂解细胞,离心后取上层液20μL,采用ALP试
剂盒,于405nm波长处测定细胞中 ALP活性。经
DNA含量校正后的ALP活性值为最终值。
2.4 各相关基因表达量的测定
2.4.1 TotalRNA的提取 采用 TotalRNA提取试
剂盒FastlanecelscDNAkit,按照说明提取各样品
TotalRNA,保存于-80℃冰箱备用,1周内使用。
2.4.2 cDNA的合成 分别取各样品 TotalRNA4
μL,采用逆转录试剂盒 Reversetranscriptionkit,进
行逆转录,42℃孵育30min,再加热到95℃,维持3
min。所得溶液即为cDNA,置冰浴待用。
2.4.3 各相关基因引物序列、扩增长度 根据目的
基因在Genebank中的己知序列设计引物。ALP,Ⅰ
型胶原蛋白、骨钙素,以及看家基因 βactin的引物
见表1。
表1 RealtimePCR引物[8]
基因 引物序列
扩增
长度/bp
Ⅰ型胶原蛋白 FW:5′CCTGGTAAAGATGGTGCC3′  
  RV:5′CACCAGGTTCACCTTTCGCACC3′ 222
骨钙素 FW:5′CCTCAGTCCCCAGCCCAGATCC3′  
  RV:5′CAGGGCAGAGAGAGAGGACAGG3′ 219
ALP FW:5′ACACCTTGACTGTGGTTACTGCTGA
3′
 
  RV:5′CCTTGTAGCCAGGCCCGTTA3′ 159
βactin FW:5′GGCCAGGTCATCACTATTG3′  
  RV:5′GAGGTCTTTACGGATGTCAAC3′ 147
2.4.4 制备标准曲线梯度稀释 DNA模板 采用
realtimePCR 试 剂 盒 SYBR PremixExTaqTM
RR041A,针对ALP,Ⅰ型胶原蛋白、骨钙素,以及看
家基因βactin,分别配制20μL的 PCR反应体系:
SYBRPremixExTaq10μL,NucleasefreeWater72
μL,TemplatecDNA2μL,使上下游引物最终浓度为
02μmol·L-1。进行 PCR扩增,扩增条件见表2。
采用 cDNA精制试剂盒 MinElutePCRPurification
Kit对扩增产物进行纯化后,以扩增产物浓度为1,
将PCR产物以 100倍为梯度进行稀释:1×10-6,
1×10-8,1×10-10。扩增产物用25%琼脂糖凝胶
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   表2 RealtimePCR条件
基因 PCR条件
Ⅰ型胶原蛋白 95℃10s变性,40个循环,95℃10s,60℃ 10s,72℃12s
骨钙素 95℃10s变性,40个循环,95℃10s,60℃ 10s,72℃12s
ALP 95℃10s变性,45个循环,95℃5s,64℃30s
βactin 95℃10s变性,50个循环,95℃5s,62℃30s
电泳、熔点曲线检测扩增产物的特异性。
2.4.5 RealtimePCR反应 3个梯度稀释的 DNA
模板及cDNA样品分别配置20μL的反应体系,进
行扩增,方法同2.4.4,采用溶解曲线法和凝胶电泳
法鉴定产物特异性和片段大小。熔点曲线均为单一
峰,无加宽变形,说明无引物二聚体,确保产物的特
异性。同时凝胶电泳结果为单一斑点。
2.4.6 数据处理 根据 DNA标准曲线,各样品
ALP,Ⅰ型胶原蛋白、骨钙素,以及看家基因 β
actin的浓度结果直接由 PCR仪生成。因各样品受
RNA逆转录效率误差等的影响,每个样品 cDNA
含量不完全相同,为校正此误差,用看家基因 β
actin作内参,样品ALP,I型胶原蛋白、骨钙素基
因浓度与βactin基因的浓度的比值,即为 ALP,I
型胶原蛋白、骨钙素基因校正后的相对含量。
2.5 统计方法
实验数据采用 SPSS110ForWindows统计软
件进行统计学处理,样品间差异比较用t检验,结果
以珋x±s表示,P<005有显著性差异。
3 结果
3.1 ALP活性和I型胶原蛋白分泌测定结果
在提取物剂量为02g·L-1培养14d时,补骨
脂提取物对MC3T3E1细胞ALP活性和I型胶原蛋
白分泌具有明显的促进作用(P<005),但随着提
取物浓度的增加,相反有抑制作用(表3)。
表3 不同浓度补骨脂提取物对MC3T3E1细胞ALP活性和
I型胶原蛋白分泌的影响(珋x±s,n=4)
组别
剂量
/g·L-1
ALP活性
/U·μg-1
I型胶原蛋白
/μg/孔
补骨脂  002 14855±2182 3297±0279
  02 20580±09891) 5215±02851)
  2 12288±1128 2442±0581
空白对照 - 16032±2202 3059±0814
  注:与空白组比较1)P<005(表4同)。
3.2 ALP,I型胶原蛋白、骨钙素mRNA表达结果
不同培养阶段,不同浓度补骨脂提取物对
MC3T3E1细胞 ALP,I型胶原蛋白、骨钙素 mRNA
表达的影响(表4)。
表4 MC3T3E1细胞ALP,I型胶原蛋白、骨钙素mRNA表达(珋x±s,n=4)
基因 组别
剂量
/g·L-1
培养时间/d
7 14 21
ALP 补骨脂  002 0697±0047 1324±0102 0503±0067
    02 1275±03071) 1679±01271) 0527±0082
    2 0537±0029 0823±0032 0416±0034
  空白对照 - 0629±0094 1281±0092 0783±0132
I型胶原蛋白 补骨脂  002 2230±0065 2981±0061 4201±0145
    02 2504±0147 3907±03021) 5722±02621)
    2 1286±0107 1623±0135 2173±0647
  空白对照 - 2593±0176 3015±0329 4324±0654
骨钙素 补骨脂  002 0823±0034 1534±0175 1846±0158
    02 1084±0079 2347±03871) 2691±03381)
    2 1021±0028 1432±0058 1593±0054
  空白对照 - 1032±0067 1363±0325 1758±0198
  结果显示,补骨脂中剂量组,在7,14dALPmR
NA的表达与空白组相比较有显著性差异(P<
005),在14,21dI型胶原蛋白、骨钙素 mRNA的
表达与空白组相比较有显著性差异(P<005)。
4 讨论
本研究选用经典的前成骨细胞模型 MC3T3E1
细胞为研究对象,观察在MC3T3E1细胞的诱导成
骨过程中,补骨脂提取物对相关蛋白和基因表达的
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影响。成骨细胞的体外矿化过程可分为细胞增殖、
骨基质形成、成熟及骨基质矿化3个阶段,各阶段
的成骨细胞相关基因表达有特定的次序性。ALP是
成骨细胞分化的早期指标之一,可促进无机磷的释
放和羟基磷灰石的形成。I型胶原蛋白是细胞外基
质的主要成分,是羟基磷灰石沉积反应的依托和骨
架。骨钙素与羟基磷灰石结合并沉积于胶原纤维
上,是成骨细胞分化的中期指标[910]。补骨脂提取
物能明显促进MC3T3E1细胞ALP活性和I型胶原
蛋白分泌。同时,从不同培养阶段 MC3T3E1细胞
相关基因的表达量可以看出,补骨脂提取物在细胞
分化早期能明显促进 ALPmRNA的表达,21d后
其作用减弱。在MC3T3E1细胞分化中期,补骨脂
提取物能促进 I型胶原蛋白和骨钙素 mRNA的表
达,刺激骨形成从而发挥抗骨质疏松的作用。本研
究表明补骨脂提取物在成骨细胞不同的分化阶段对
相关基因的表达具有明显的促进作用,为骨质疏松
药物的开发以及补骨脂抗骨质疏松作用机制的研究
提供参考。
[参考文献]
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2.ColegeofPharmacy,ChengduUniversityofTraditionalChineseMedicine,Chengdu610075,China;
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  [Abstract] Objective:ToinvestigatetheefectofFructuspsoraleaeonthediferentiationofculturedosteoblastMC3T3E1cel
isolatedfromneonatalmouse'scalvarium.Method:Fpsoraleaepreparationwasextractedwithdistiledwater.Amouseosteoblastcel
lineMC3T3E1wasusedasacelmodelforscreeningpotency.CulturedMC3T3E1osteoblastsweredividedinto4groups:control
andFpsoraleaeextract002,02,2(crudedrug)g·L-1,changethemediumandextractevery3days.ThecontentofALPand
typeⅠ colagenweremeasured.TheexpressionofALP,typeⅠ colagenandosteocalcinmRNAinMC3T3E1celwasdetectedby
realtimePCR.Result:TheactivityofALPwasstimulatedbyextractofFpsoraleaatdoses02g·L-1,andthecontentoftypeⅠ
colagenwasencouragedatdoses02g·L-1.TheextractofFpsoraleaenhancedtheexpressionofALP,typeⅠ colagenandosteo
calcinmRNAinMC3T3E1cel.TheexpressionofALPmRNAwasenhancedbyextractofFpsoraleaatdoses02g·L-1for714
d,andtheexpressionoftypeⅠ colagenandosteocalcinmRNAwasenhancedatdoses02g·L-1for1421days.Conclusion:F
psoraleacanstimulatethediferentiationofosteoblastsinvitro.Itwiloferareferencefortheactivemechanismresearch.
[Keywrods] Fructuspsoraleae;ALP;typeⅠcolagen;osteocalcin;geneexpression
[责任编辑 古云侠]
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