腺病毒LMP—3表達載體轉染骨髓基質干細胞后BMP—2、OSX表達研究

安貴峰　王明月

【摘要】 目的 探討骨礦化蛋白LMP-3促進骨形成及骨修復重建的分子機制。方法 通過腺病毒LMP-3表達載體轉染骨髓間充質干細胞， RT-PCR法檢測LMP-3、BMP-2、OSX表達變化， 檢測相關因子表達情況。結果 腺病毒LMP-3表達載體轉染骨髓基質干細胞， 發現BMP-2 mRNA、OSX mRNA的表達增高， 促進骨形成。結論 LMP-3作用機制是通過上調BMP、OSX等骨誘導因子的基因表達， 促進成骨細胞分化成熟， 從而促進骨形成， LMP在骨形成研究方面具有一定潛力。

【關鍵詞】 LMP-3， 骨髓基質干細胞；表達情況

DOI：10.14163/j.cnki.11-5547/r.2016.22.207

LMP作為一種新發現的骨礦化蛋白， 為骨組織工程及骨科重建提供新的途徑。研究者應用腺病毒LMP-3表達載體轉染骨髓基質干細胞， 檢測BMP-2 mRNA、OSX mRNA的表達情況， 探討骨礦化蛋白LMP-3促進骨形成的可能機制。現報告如下。

1 材料與方法

1. 1 材料 主要試劑：PCR引物（上海生物）；兔抗大鼠LMP-3抗體（Santa Cruz） ；二抗羊抗鼠FITC標記IgG（中杉金橋）；胰酶（GIBCO）；RT-PCR試劑盒（Takara）；胎牛血清（HYCLONE）；DMEM（HYCLONE）；引物（上海生工）；質粒抽提試劑；MSC 誘導藥物（Sigma）；腺病毒LMP-3表達載體前期自行構建。主要儀器：超凈工作臺（蘇凈）；恒溫CO2孵箱（Hera Cell ）；倒置顯微鏡（日本 Olympus）；熒光顯微鏡（Olympus）；PCR儀（Bio-Rad）；垂直電泳儀（Bio-Rad）；轉印電泳儀（Amersham）；可調溫搖床（哈爾濱東聯）；臺式低溫離心機（Eppendorf公司）；酶標儀（芬蘭雷勃）。

1. 2 實驗方法

1. 2. 1 骨髓基質干細胞培養 取3周齡SD大鼠， 處死， 取股骨和脛骨， 注入PBS， 離心管收集， 250×g， 離心10 min， 加入100 g/L 高糖DMEM 10 ml。接種于2 個25 cm2 培養瓶中， 培養箱中培養；48 h換液， 10 d 后細胞80%匯合， 胰蛋白酶消化傳代， 繼續培養， 培養箱中培養。

1. 2. 2 實驗組感染復數（MOI=100）；對照組：未加病毒轉染作為陰性對照組， LacZ 轉染組作為陽性對照。

1. 2. 3 轉染過程 將第3 代MSC 傳代與12 個6 孔板中（5×104 cells /孔）， 加入病毒液， 輕搖1 min， 繼續培養， 12 h 后換液， 2 d后更換新鮮培養基， 5 d后更換新鮮培養基， 換液并留取檢測。8 d后更換培養液， 12 d后再次換液并留取檢測。

1. 2. 4 RT-PCR檢測LMP-3、BMP-2、OSX在MSC 中的表達情況 總RNA的提取， 實驗分組A Ad-LMP-3組B Ad-LacZ組C陰性對照組。細胞裂解， 離心并棄上清液， 溶解RNA后進行RNA的定量及保存， 測量光密度值并計算濃度。首先合成第一鏈cDNA， 并以第一鏈cDNA為模版繼續PCR擴增， 反轉錄操作按照試劑盒的說明書進行操作， 30個循環；以β-actin為內參照；LMP-3引物序列如下：Forward： 5-GCCTCGAGGAAGATG CAC CCATGT CCTC-3；Reverse： 5-GCGAATTCCTACATC CTGTAGTTCTTGTTTC -3。瓊脂糖凝膠電泳檢測， 取實驗組及對照組PCR產物進行電泳檢測， 電泳結束后取反應產物進行染色并進行灰度掃描， 檢測信號強度依據電泳條帶面積及灰度強度進行比較， 檢測LMP-3、BMP-2、OSX和β-actin灰度比值表示LMP-3、BMP-2 mRNA、OSX mRNA表達水平。

2 結果

腺病毒LMP-3載體轉染骨髓基質干細胞后， 可見長多角形細胞生長， 增殖旺盛。進一步應用RT-PCR法檢測LMP-3 mRNA、BMP-2 mRNA、OSX mRNA的表達RT-PCR結果顯示， 序貫轉染Ad-LMP-3組存在特異性條帶， 大小1200 bp， 表達的濃度顯著高于對照組。序貫轉染Ad-LMP-3組在456 bp

的位置存在特異性條帶， 表明BMP-2 mRNA表達增高， 表達的濃度高于對照組。Ad-LMP-3組特異性條帶， 大小488 bp， 顯示 OSX mRNA表達較高， 對照組未見特異性條帶， 表明無OSX mRNA表達。研究結果表明腺病毒LMP-3載體轉染骨髓基質干細胞， LMP-3表達增高， 表明轉染成功， 轉染組BMP-2 mRNA、OSX mRNA的表達增高表明LMP-3促進了骨髓基質干細胞中BMP-2、OSX表達， 從而促進了骨形成。

3 討論

LIM礦化蛋白是新發現的一種細胞內非分泌蛋白， 具有骨生成誘導的作用， 能夠正性調節骨形成誘導， 在骨礦化過程中促進骨結節的形成。LIM礦化蛋白LIM礦化蛋白已經發現3種亞型， 具有成骨作用包括LIM礦化蛋白-1和LIM礦化蛋白-3 [1]。LIM礦化蛋白能夠促進骨形成的作用， 可能是再骨形成細胞內傳導通路實現的， 并通過下游細胞調節因子發揮骨形成作用， 但其確切促進骨形成分子機制仍需要進一步研究證明 [2]。

研究者成功應用腺病毒LMP-3表達載體轉染骨髓基質干細胞， 并檢測LMP-3轉染后各組骨髓基質干細胞中相關目的基因mRNA表達情況， 研究發現BMP-2 mRNA、OSX mRNA的表達增高。骨礦化蛋白LMP-3是通過上調BMP、OSX骨誘導因子的基因表達而實現LMP-3的促進骨形成作用， 促進骨鈣化結節形成， 在骨形成及骨礦化過程中發揮重要作用。研究結果表明 LMP-3是OSX的上游調節因子， 通過上調BMP-2、OSX表達， 通過細胞內信號傳導促進成骨細胞分化成熟， 促進骨鈣化結節形成。LMP-3通過細胞內調控及信號傳導， 不受成骨前體細胞表面受體數量和活性的限制， 不受細胞外因子作用濃度及數量限制， 在促進骨形成作用更強， 可能同時促進BMP-4， BMP-6等其他細胞因子分泌， 激聯促進骨形成， 作用時間更加持久， 作用強度更強， 受細胞外因子影響更小。通過對LIM礦化蛋白的促進骨形成進一步分子機制研究， 以及進一步進行基因敲除及實驗動物的體內成骨研究， 對進一步探索其在骨形成、骨缺損及脊柱融合等方面的作用奠定基礎， 對骨礦化蛋白LMP-3促進骨形成的作用研究及進一步臨床應用具有重要意義。

本研究表明， LMP通過作用骨誘導因子BMP-2、OSX共同通過細胞信號傳導通路促進成骨， 促進骨鈣化結節形成， 在骨形成過程中具有重要作用， 其促進骨形成的作用更強， 但仍需要進一步體內實驗研究來闡明確切生物學機制。

參考文獻

[1] Minamide A， Boden SD， Viggeswarapu M， et al. Mechanism of bone formation with gene transfer of the cDNA encoding for the intracellular protein LMP-1. J Bone Joint Surg Am， 2003， 85-A（6）：1030-1039.

[2] Pola E， Gao W， Zhou Y， et al. Efficient bone formation by gene transfer of human LIM mineralization protein-3. Gene Ther， 2004， 11（8）：683.

[收稿日期：2016-03-09]