疼痛介质 NGF:调控软骨细胞外基质合成的新发现

【字体: 时间:2025年02月28日 来源:Journal of Orthopaedic Surgery and Research 2.8

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  为探究神经生长因子(NGF)与软骨破坏关系,复旦大学附属华东医院研究人员发现 0.5 - 5 ng/mL NGF 可促进软骨细胞外基质合成,该研究对骨关节炎治疗有重要意义。

  在人体的关节世界里,骨关节炎(Osteoarthritis,OA)就像一个潜伏的 “破坏者”,悄悄侵蚀着关节软骨,全球近 3 亿人深受其害。疼痛是 OA 最典型的症状,严重影响患者的日常生活,甚至可能导致残疾。在对抗 OA 疼痛的 “战场” 上,神经生长因子(Nerve Growth Factor,NGF)成为了备受瞩目的 “焦点分子”。临床研究发现,抗 NGF 抗体虽能有效缓解 OA 疼痛,可部分患者却出现了软骨加速退化的副作用,这就像在治疗过程中埋下了一颗 “定时炸弹”,让医生和患者都陷入两难境地。NGF 与软骨破坏之间到底有着怎样的神秘联系?这个问题亟待解答,也成为了科研人员们奋力攻克的难题。
为了揭开这层神秘面纱,复旦大学附属华东医院的研究人员挺身而出,开展了一项极具意义的研究。他们将目光聚焦于 NGF 对软骨细胞的影响及其潜在机制,期望能为 OA 的治疗开辟新的道路。经过一系列严谨的实验探究,研究人员有了重要发现:一定浓度范围内(0.5 - 5 ng/mL)的 NGF 对软骨细胞有着积极作用,它能促进细胞外基质(Extracellular Matrix,ECM)合成,而这一过程与 PI3K/AKT 信号通路密切相关。这一成果犹如一道曙光,为 OA 的治疗带来了新的希望。该研究成果发表于《Journal of Orthopaedic Surgery and Research》杂志。
在这场探索之旅中,研究人员运用了多种关键技术方法。他们选用 ATDC5 细胞进行体外培养,诱导其分化为软骨细胞。通过 Alcian blue 和 toluidine blue 染色,观察细胞中硫酸化蛋白聚糖的合成情况;利用细胞计数试剂盒 - 8(Cell Counting Kit - 8,CCK - 8)检测 NGF 对软骨细胞增殖的影响;采用 Western blotting 和免疫荧光染色技术,分析相关蛋白的表达水平,从而深入探究 NGF 作用的分子机制。
研究结果如下:
  1. 软骨细胞的诱导分化及鉴定:研究人员将 ATDC5 细胞在含有 1% 胰岛素、转铁蛋白和硒(ITS)的培养基中培养 21 天,诱导其分化为软骨细胞。Alcian blue 和 toluidine blue 染色结果显示,细胞中蛋白聚糖的积累从第 0 天开始逐渐增加,在第 14 天达到高峰,之后有所下降。同时,免疫荧光染色发现,诱导 14 天后的细胞中 II 型胶原蛋白(Type II Collagen,Col - II)表达增加,形态也发生了明显变化,从最初的长纺锤形或多边形转变为紧密的圆形或铺路石样,还形成了软骨样结节结构。这些结果表明,ATDC5 细胞成功分化为具有功能的软骨细胞。
  2. NGF 对软骨细胞增殖的影响:CCK - 8 实验表明,0.5 - 10 ng/mL 的 NGF 对 ATDC5 软骨细胞没有细胞毒性,在 24 - 48 小时内,细胞的增殖速率也未受到明显影响。
  3. NGF 对软骨细胞外基质相关蛋白的影响:研究人员用不同浓度(0 - 10 ng/mL)的 NGF 处理软骨细胞 24 小时后发现,0.5 - 5 ng/mL 的 NGF 能够呈剂量依赖性地上调聚集蛋白聚糖(Aggrecan,ACAN)、Col - II 和性别决定区 Y 框蛋白 9(Sex Determining Region Y box 9,Sox9)的表达,其中 5 ng/mL NGF 的促进作用最为显著。然而,10 ng/mL 的 NGF 却抑制了这些蛋白的合成。
  4. TRKA 在 NGF 诱导基质合成中的作用:为了进一步探究 TRKA 在 NGF 诱导基质合成中的作用,研究人员在有或无 TRKA 抑制剂(GNF5837)的情况下,用 5 ng/mL NGF 刺激软骨细胞。Western blot 分析和免疫荧光结果显示,GNF5837 能够显著逆转 5 ng/mL NGF 对 ACAN、Col - II 和 Sox9 蛋白的上调作用。这表明,软骨细胞的合成代谢受 NGF 与高亲和力 TRKA 受体相互作用的显著调控。
  5. NGF 对 PI3K/AKT 信号通路的调节:研究发现,随着 NGF 浓度(0.5 - 5 ng/mL)的增加,PI3K/AKT 信号通路的活性增强。当用 TRKA 抑制剂 GNF5837 或 PI3K/AKT 抑制剂 LY294002 预处理软骨细胞后,再用 5 ng/mL NGF 处理,PI3K 的磷酸化水平显著降低。这说明 NGF 能够与高亲和力受体 TRKA 结合,进而激活软骨细胞中 PI3K/AKT 信号通路。
  6. PI3K/AKT 信号通路与 NGF 刺激的基质合成的关系:研究人员用 5 ng/mL NGF 和 PI3K 抑制剂 LY294002 共同处理软骨细胞 24 小时,Western blot 和免疫荧光结果显示,LY294002 能够显著逆转 NGF 对 ACAN、Col - II 和 Sox9 表达的促进作用。这表明 PI3K/AKT 信号通路对 NGF 介导的 ECM 相关蛋白合成有显著影响。
研究结论与讨论部分指出,该研究揭示了 0.5 - 5 ng/mL 的 NGF 在软骨细胞中具有促进 ECM 合成的潜在有益作用,PI3K/AKT 信号通路在这一过程中发挥了重要作用 。不过,研究也存在一定局限性,如仅探讨了 NGF 对软骨细胞合成代谢的影响,未涉及分解代谢;实验仅使用了 ATDC5 细胞系,未使用原发性人 OA 软骨细胞;且 ATDC5 细胞是在平板上培养,与真实软骨组织的三维缺氧环境不同。尽管如此,该研究依然为 OA 的治疗提供了新的理论依据和潜在治疗靶点。未来,科研人员可进一步利用人 OA 软骨细胞、先进的 3D 软骨模型或体内模型进行研究,深入探索 NGF 在 OA 软骨中的作用机制,开发出更安全、有效的治疗策略,为 OA 患者带来更多希望。

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