ERα和β基因敲除小鼠骨代谢的变化及槲皮素干预研究

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目的:通过观察雌激素受体(ER)α和ERβ基因敲除小鼠骨代谢的变化,评价ERα和ERβ对小鼠骨代谢的影响,并进一步观察槲皮素(QUE)对ERα基因敲除雌性小鼠骨代谢的影响及可能的作用机制。方法:1.采用Northern blot、Western blot及qPCR等方法对ERα和ERβ基因敲除小鼠进行鉴定。2.采用Micro CT检测三月龄雌性WT、ERα-/-和ERβ-/-小鼠股骨的骨微结构,HE染色观察骨组织形态学,Western blot和qPCR检测基因敲除小鼠的骨形成相关因子及骨吸收相关因子的表达量。3.采用RNA-Seq筛选ERα和ERβ敲除后小鼠股骨差异表达的基因,并在其中随机选取部分基因进行qPCR验证,评价其与测序结果的一致性。采用KEGG分析差异表达的基因的功能。4.选取三月龄的ERα-/-雌性小鼠作为骨代谢紊乱模型,观察QUE对其骨代谢的影响。实验分为:WT组(0.4 mL生理盐水)、ERα-/-(0.4 mL生理盐水)组和ERα-/-+QUE(100mg/kg·d)组,每组5只,灌胃10周后,收集骨组织样本。5.采用HE染色观察QUE干预后各组股骨头的骨形态学变化,Western blot和qPCR观察各组胫骨的骨形成相关因子、破骨分化相关因子表达的变化。结果:1.Northern-blot结果显示,WT、ERα-/-和ERβ-/-小鼠分别在110bp、189bp和550bp有表达。Western blot和qPCR结果显示,与WT组对比,ERα-/-小鼠的ERα蛋白和mRNA表达量降低(P<0.05),ERβ-/-小鼠的ERβ蛋白和mRNA表达量降低(P<0.05)。2.将基因敲除小鼠与WT小鼠对比,MircoCT结果显示,ERα-/-组中的骨密度(BMD)、骨小梁数量(Tb.N)、骨体积分数(BV/TV)和骨小梁分离度(Tb.Sp)无变化(P>0.05),ERβ-/-组中的BMD、Tb.N和BV/TV增加(P<0.05),而Tb.Sp显著降低(P<0.05);股骨头HE染色结果显示,ERα-/-组的骨小梁变细、排列稀疏和骨髓腔增大,而ERβ-/-组骨小梁较粗壮,网状连续性好和骨髓腔变小;Western blot和qPCR结果显示,ERα-/-组的骨形成相关因子RUNX2和ALP的蛋白及mRNA表达量显著降低(P<0.05),骨吸收相关因子RANKL和TRAP的蛋白及mRNA的表达量显著增加(P<0.05),而ERβ-/-组骨形成和骨吸收相关因子蛋白和mRNA的表达量无明显变化(P>0.05)。3.RNA-Seq结果显示,与WT对比,ERα-/-组共261个差异基因,与骨代谢相关的差异基因有126个,主要与核膜受体互作、补体和凝血级联和粘着斑有关,并富集P13K Akt信号通路等。ERβ-/-组共252个差异基因,与骨代谢相关的差异基因有58个,与核膜受体互作和蛋白质的消化和吸收有关,主要参与Wnt信号通路和PI3K Akt信号通路。随机挑选3个差异基因Ddit4、Scd1和Cfd进行验证,qPCR结果与测序结果一致。4.股骨头HE染色结果显示,与ERα-/-组对比,ERα-/-+QUE组骨小梁数量增加和骨髓腔面积减少。Western blot和qPCR结果显示,ERα-/-+QUE组的骨形成相关因子RUNX2和ALP的蛋白和mRNA的表达水平上调(P<0.05),而骨吸收相关因子TRAP和RANKL蛋白和mRNA的表达水平下调(P<0.05)。结论:1.通过扩繁和鉴定,成功获得基因敲除纯合子小鼠。2.ERα基因敲除后,小鼠股骨骨微结构破坏,其可能与骨形成减少、骨吸收增加有关。3.ERβ基因敲除后,小鼠股骨骨微结构得到改善。4.ERα和ERβ基因敲除后可分别引起下游261和252个基因的变化,且与骨代谢相关基因有126和58个,均富集于核膜受体互作和P13K Akt信号通路。5.QUE对ERα基因敲除小鼠的骨代谢具有改善作用,其机制与促进骨形成和抑制骨吸收有关。
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