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编号:10285595
白介素-1及地塞米松对人髁状突软骨细胞增殖、代谢及前胶原基因表达的影响
http://www.100md.com 《中华创伤杂志》 2000年第2期
     作者:焦岩涛 王大章 胡静

    单位:焦岩涛(北京医科大学口腔医学院 100081);王大章 胡静(华西医科大学口腔医学院)

    关键词:髁状突;细胞,软骨;白细胞介素-1;地塞米松

    中华创伤杂志000211摘 要:目的 观察白介素-1(IL-1)及地塞米松对人下颌骨髁状突软骨(MCC)细胞增殖、代谢及前胶原基因表达的影响。 方法 采用体外细胞培养、同位素掺入及狭缝杂交方法。 结果 IL-1具有抑制细胞增殖及胶原蛋白合成的作用,地塞米松一方面可促进细胞增殖,但同时却抑制了其胶原合成。二者在对前胶原基因表达影响方面作用相似,均可显著抑制软骨特征性的Ⅱ型胶原基因表达(分别为对照组的48.6%和57.9%),而提高非软骨的Ⅰ、Ⅲ型胶原基因表达。 结论 IL-1对MCC细胞分化、增殖及胶原合成的抑制作用可能是它在骨关节病发病中重要的致病途径之一。地塞米松具有一定促进细胞增殖的作用,但鉴于其对软骨细胞胶原合成及Ⅱ型胶原基因表达的抑制,提示临床上应用不当可能会诱发或加重骨关节病及软骨损害。
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    Effect of IL-1 and dexamethasone on proliferation, metabolization and precollagen gene expression of

    human condylar cartilage cells

    JIAO Yantao, WANG Dazhang, HU Jing.

    (Dept. of Oral and Maxillofacial Surgery, School of Stomatology, Beijing Medical University, Beijing 100081, China)

    Abstract:Objective To examine the effect of IL-1 and dexamethasone on proliferation, metabolization and precollagen gene expression of human mandibular condylar cartilage(MCC) cells. Methods MCC cells of human fetus were cultured in DMEM supplemented with 10% of new born calf serum and incorporation isotope and mRNA slot-blot hybridization. Results IL-1 significantly inhibited MCC cells' proliferation and collagen synthesis. Dexamethasone promoted proliferation, but it suppressed the collagen synthesis. The two had similar effect on precollagen gene expression, ie inhibiting type Ⅱ collagen gene expression of cartilage but promoting type Ⅰ and type Ⅲ collagen gene expression of non-cartilage. Conclusions The inhibitory effect of IL-1 on chondrocyte differentiation may be one of its pathogenic pathways implicated in osteoarthrosis (OA). Although dexamethasone has some positive effects on cells proliferation, its inhibitory effect on collagen synthesis and type Ⅱ collagen expression of cartilage cells suggests that it may induce or exacerbate the destruction of articular cartilage if they are used inappropriately.
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    Key words:Mandibular; Cells, cartilage; Interleukin-1; Dexamethosone▲

    以往研究显示,在骨关节病(osteoarthrosis,OA)发病及进展过程中,细胞因子白介素-1(IL-1),IL-6、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)等均起着重要作用。尽管目前尚不能确定它们是OA的发病因素,还是其病变过程中的产物,但细胞因子水平与骨关节病病变程度有着密切联系[1,2]。糖皮质激素是临床上常用的骨关节病治疗药物,但其治疗价值存在争议。二者对关节软骨的确切作用目前尚不清楚。笔者利用体外细胞培养、同位素掺入及狭缝杂交方法,研究IL-1及地塞米松对人髁状突软骨(MCC)细胞增殖、代谢的影响及对几种重要的间质型胶原即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型胶原表达的调控作用,以期为骨关节病、软骨损伤的发病机制的研究,以及临床合理应用激素治疗OA与关节损伤提供理论和实验依据。

    材料与方法
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    一、人胚髁状突软骨细胞分离培养

    参照文献[3],髁状突软骨取自因健康原因而终止妊娠的4~6个月龄水囊引产的人胚胎。经机械分离及胰蛋白酶、胶原酶联合消化获得,接种于DMEM培养基,内含体积分数为10%的小牛血清,常规条件下培养。

    二、IL-1及地塞米松对人髁状突软骨细胞增殖及胶原蛋白合成的影响

    取对数生长期的第2代人髁状突软骨细胞,调整细胞浓度为1×105/ml,定量接种于96孔板。待细胞贴壁后,更换为无血清DMEM培养基培养24 h,使细胞相对同步化。然后更换含IL-1(0.1,1,10,100 ng/ml)或地塞米松(0.1,1,10,100 μg/ml)的培养基,同时各样品孔加入 3 H-TdR或 3 H-proline(终浓度为185 kBq/ml)继续培养至预定时间,多头细胞收集器将细胞抽滤、点样于“49型”玻璃纤维滤纸。液体闪烁谱仪测定各样品的min-1值。
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    三、IL-1及地塞米松对人髁状突软骨细胞Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ前胶原基因表达的影响

    取培养的第2代软骨细胞,以1×105/ml密度接种于T125 ml培养瓶。待细胞长满汇合成单层时(约为2×106),更换培养基,分别加入不同的实验因素,继续培养24 h。实验分组为:空白对照组、IL-1(10 ng/ml)组、地塞米松(100 μg/ml)组,每3瓶细胞为一组。

    1. 人髁状突软骨细胞RNA的提取、鉴定:采用RNeasy 试剂盒提取细胞总RNA。紫外分光光度计A260/A280,确定RNA的纯度和含量,大于1.8表明纯度较好。经甲醛变性凝胶电泳鉴定,28S及18S条带清晰,所获RNA具较好完整性。

    2. Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型前胶原cDNA探针的提取、标记:各型重组质粒经转化、鉴定,大量扩增,碱裂解法抽提,限制性酶切消化后,低熔点琼脂糖凝胶电泳回收特定cDNA片段。探针标记按地高辛标记试剂盒说明进行。
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    3. 狭缝杂交及密度扫描:取适当大小的尼龙膜,取各样本RNA,依次等倍稀释,即4,2,1 μg,上样抽滤。置120℃真空烤箱内30 min,使样品RNA与尼龙膜发生交联。将点样的尼龙膜放入塑料袋中,加入预杂交液4 ml,50℃水浴保温2 h。更换杂交液(含50 pg/ml已变性的特定cDNA探针),50℃恒温杂交过夜。杂交后,以2×SSC,质量浓度为1 g/L的 SDS;0.1×SSC,质量浓度为1 g/L的SDS依次洗膜。在抗地高辛抗体 (150 mU/ml)溶液中孵育30 min,将杂交膜转移至3 ml显色液中,暗室内室温孵育16 h。用马来酸缓冲液终止反应。干燥后,进行灰度扫描。

    四、统计学处理:实验结果均以/Images/2003/9/1/b7/83/84/64_1.GIF (82 bytes)±s表示,采用t检验确定组间差异。
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    结 果

    一、IL-1及地塞米松对人MCC细胞增殖及代谢的作用

    IL-1在0.1~100 ng/ml浓度范围内呈剂量效应关系地抑制MCC增殖及胶原合成。地塞米松在1~100 μg/ml浓度范围内,一方面可促进细胞增殖,另一方面却抑制其胶原蛋白合成。结果详见表1。

    表1 IL-1、地塞米松对人髁状突软骨细胞增殖及胶原合成的影响(/Images/2003/9/1/b7/83/84/64_1.GIF (82 bytes)±s) 组别

    3 H-TDR掺入
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    (×103 min-1)

    3 H-PRO掺入

    (×103 min-1)

    对照组

    1.58±0.13

    2.34±0.18

    IL-1组(ng/ml)

    0.1

    1.43±0.25

    1.83±0.23*
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    1

    1.28±0.19*

    1.78±0.13*

    10

    0.75±0.10**

    1.37±0.12**

    100

    0.63±0.15**

    1.28±0.17**

    地塞米松组(μg/ml)
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    0.1

    1.62±0.18

    1.98±0.20

    1

    1.85±0.21*

    1.85±0.18*

    10

    2.16±0.26**

    1.56±0.16**

    100

    2.32±0.22**
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    1.52±0.19**

    与对照组比较:* P<0.05 **P<0.01

    二、IL-1及地塞米松对人MCC细胞前胶原mRNA水平的影响

    IL-1及地塞米松与MCC作用24 h后,均不同程度的抑制其pro α1(Ⅱ)的表达,分别为对照组的48.6%和57.9%, pro α1(Ⅰ) mRNA水平在IL-1、 地塞米松作用下均显著升高, IL-1同时促进pro α1(Ⅲ) mRNA水平升高, 地塞米松则对pro α1(Ⅲ)无显著作用。结果IL-1及地塞米松作用下α1(Ⅰ)/α1(Ⅱ)及α1(Ⅰ)/ α1(Ⅲ)值显著升高。见表2,3。
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    表2 IL-1、地塞米松对人MCC细胞Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型前胶原mRNA水平的影响(/Images/2003/9/1/b7/83/84/64_1.GIF (82 bytes)±s) 组别

    灰度值 (×103)

    pro α1(Ⅰ)mRNA

    pro α1(Ⅱ)mRNA

    pro α1(Ⅲ)mRNA

    对照组

    8.29±0.66
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    5.13±0.53

    4.75±0.98

    IL-1组

    14.80±1.42**

    2.48±0.34*

    6.36±1.69*

    地塞米松组

    10.14±1.66*

    2.99±0.76*

    4.64±0.98
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    与对照组比较:*P<0.05 **P<0.01 表3 IL-1、地塞米松作用下MCC细胞Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型前胶原mRNA相对水平变化 组别

    处理组/对照组

    α1(Ⅰ)/

    α1(Ⅱ)

    α1(Ⅰ)/

    α1(Ⅲ)

    α1(Ⅰ)

    α1(Ⅱ)

    α1(Ⅲ)
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    对照组

    1.000

    0.000

    1.000

    1.616

    1.746

    IL-1组

    1.785

    0.486

    1.316

    5.968

    2.327

    地塞米松组
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    1.475

    0.579

    0.965

    3.391

    2.185

    讨 论

    软骨细胞分化状态的改变直接影响着软骨基质的生化成分及力学特性,分化成熟的软骨细胞具有合成软骨特异性的II型胶原及蛋白多糖的功能。稳定软骨细胞表型,促进其增殖及基质合成,在关节软骨损伤及OA治疗中具有重要意义。

    1983年Wood等发现关节炎滑液中存在着高水平的IL-1。由此,IL-1在骨关节病发病中的作用引起了广泛重视。目前研究已证实,IL-1可促进滑膜细胞及软骨细胞合成前列腺素(PGE2)及基质金属蛋白酶,参与了病变软骨破坏[4]。同时,IL-1可以改变软骨细胞的表型,Goldring等[5,6]的研究显示,IL-1可抑制人关节软骨细胞的Ⅱ型胶原的合成及Ⅱ型前胶原mRNA的表达。本研究表明,IL-1显著抑制Ⅱ型前胶原的基因表达,同时促进Ⅰ、Ⅲ型前胶原基因表达。IL-1的这种作用,在OA及软骨损伤病理过程中可能比促进基质降解更为严重。因为表型改变的软骨细胞,决定了损伤修复后的软骨在生化组成及力学特性方面均远远达不到正常软骨的生理要求,在多种因素作用下终致修复的失败。在OA软骨组织中,中、上层软骨细胞及基质IL-1均呈强阳性。这种IL-1异常表达是否导致了软骨细胞表型改变、代谢异常有待于进一步的体内研究。近年来有学者提出,病变软骨细胞的表型基因异常是软骨损伤及OA修复失败的直接原因,并指出调节软骨细胞表型在OA及关节软骨损伤治疗中具有重要意义。
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    糖皮质激素是临床上常用的治疗骨关节病及关节急性创伤的药物,但其作用的确切机制尚不完全清楚。有研究表明,糖皮质激素可抑制基质金属蛋白酶的活性,减少滑膜细胞、软骨细胞PGE2的生成,具有拮抗IL-1的作用。但也有文献报道关节腔内多次注射糖皮质激素可造成关节严重的退行性改变。目前,关节内注射糖皮质激素仍是一个存在争议的问题。本研究结果表明,尽管地塞米松在一定范围内可促进软骨细胞增殖,但它同时可抑制胶原的合成及软骨特征性Ⅱ型胶原基因表达,与之相反,促进Ⅰ、Ⅲ型胶原基因的表达,这种作用与IL-1类似。但表型改变是不是糖皮质激素副作用的惟一途径,目前尚不能确定,因为正常软骨细胞与损伤后的细胞可能对激素的反应性不同。结合以往的研究,笔者认为糖皮质激素短期应用可抑制免疫反应,降低基质金属蛋白酶及PGE2的生成,具有一定的临床效果,但长期或不恰当大剂量应用有可能改变软骨细胞的表型,诱发或加重关节软骨的损害。

    参考文献:

    [1]胡波,王大章,于端,等.颞颌关节紊乱综合征各期患者滑液中细胞因子的研究.第1报.IL-1水平及其意义.华西口腔医学杂志,1993,11:235-238.
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    [2]Van de Loo FAJ, Joosten LAB, Van LP, et al. Role interleukin-1, tumor necrosis factor-α,and interleukin-6 in cartilage proteoglycan metabolism and destruction. Arthritis Rheum, 1995,38:164-172.

    [3]焦岩涛,王大章,田卫东,等.人胚颞颌关节软骨细胞培养及生物学特性研究.华西口腔医学杂志, 1997,15:187-189.

    [4]Lyons GB, Pratta MA, Galbraith W, et al. Interleukin -1 differentially modulates chondrocyte expression of cycloxygenase-2 and phospholipase A2. Exp Cell Res, 1993,206:58-62.
, 百拇医药
    [5]Goldring MB, Birkhead J, Sandell LJ, et al. Interleukin-1 suppresses expression of cartilage-specific types Ⅱand Ⅸcollagens and increases types Ⅰ and Ⅲ collagens in human chondrocytes. J Clin Invest, 1988, 82: 2026-2037.

    [6]Goldring MB, Krane SM. Modulation by recombinant interleukin -1 of synthesis of types Ⅰand Ⅲ collagens and associated procollagen mRNA levels in culture human cells. J Biol Chem, 1987,262:16724-16728.

    收稿日期:1999-03-27, 百拇医药