促进Hedgehog信号通路对I型糖尿病小鼠颅骨缺损愈合的影响

摘要

目的 通过研究Hedgehog(Hh)信号通路在I型糖尿病导致的颅骨缺损愈合受损中的作用，揭示I型糖尿病骨愈合能力下降的机制。方法 本研究已获医院实验动物伦理委员会批准。利用自发型I型糖尿病Akita转基因小鼠建立颅骨缺损模型，通过显微CT(micro CT)扫描分析骨体积分数和骨密度，免疫组化染色定量分析骨钙蛋白（osteocalcin,Ocn）、印猬因子（Indian Hedgehog,Ihh）、补丁蛋白1(Patched 1,Ptch1)以及GLI家族锌指蛋白1(Zinc finger protein GLI1,Gli1)的表达，探讨I型糖尿病对颅骨缺损愈合中成骨分化和Hh信号通路的影响。使用Smo受体激动剂（Smoothened agonist,SAG）(10 mg/kg，灌胃)激活Hh信号通路，观察其是否通过促进成骨分化改善I型糖尿病颅骨缺损愈合，检测方法为MicroCT和免疫组化染色。最后，通过细胞实验探究SAG(1 000 nmol/L)是否能改善高糖环境（25 mol/L）对小鼠骨髓间充质干细胞（bone marrow mesenchymal stem cells,BMSCs）成骨分化的抑制，检测方法包括碱性磷酸酶和茜素红染色，以及对成骨分化相关基因Alp、Spp1、Bglap及Sp7进行实时荧光定量检测（quantitative Real-time PCR,qPCR）。结果 Akita小鼠表现出早期、稳定且显著的自发性I型糖尿病特征。颅骨缺损造模术后21 d,Akita小鼠颅骨缺损区域新形成的骨体积分数、体积骨密度及Ocn表达显著降低（P <0.05）,Ihh、Ptch1和Gli1表达也显著降低（P <0.05）。SAG激活Hh信号通路可显著改善I型糖尿病对Akita小鼠颅骨缺损愈合的负面影响（P <0.05）。此外，SAG处理后，高糖环境对BMSCs的碱性磷酸酶活性及体外矿化能力的抑制作用显著降低（P <0.05），成骨分化相关基因表达水平也显著提高（P <0.05）。结论 I型糖尿病通过抑制Akita小鼠的Hh信号通路表达抑制颅骨缺损愈合，而激活Hh信号通路可促进成骨并改善I型糖尿病对骨愈合的抑制。

关键词

I型糖尿病 / 高糖环境 / Akita转基因小鼠 / 颅骨缺损 / Hedgehog信号通路 / Smo受体激动剂 / 骨钙蛋白 / 成骨分化