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目的: 建立先天性脊柱侧凸患者成骨细胞和软骨细胞的原代培养,体外检测神经纤维瘤蛋白在这两种细胞中是否表达及表达情况。了解NF1脊柱侧凸患者成骨细胞和软骨细胞是否存在神经纤维瘤蛋白表达水平降低,以及由此而导致的细胞相关生物学特性改变。
方法: 2003年3月至2005年3月期间接受脊柱侧凸手术治疗的患者中,选择年龄、Cobb角等均接近的先天性脊柱侧凸患者10例和NF1脊柱侧凸患者8例,脊柱后路手术中取髂骨松质骨和生长板外侧半软骨。采用植块法进行成骨细胞的分离培养,酶消化法分离软骨细胞后行单层培养。培养过程中观察细胞形态学特征,选择第2代细胞(P2)进行以下分析和鉴定:其中包括碱性磷酸酶染色和甲苯胺蓝染色,成骨细胞中Ⅰ型胶原和骨钙素mRNA的表达,软骨细胞中Ⅱ型胶原和可聚蛋白多糖mRNA的表达,钙结节形成的诱导和观察。其它所有检测也选择第2代细胞。取先天性脊柱侧凸患者体外培养的10例成骨细胞和7例软骨细胞,24周引产胎儿脑组织少许作为阳性对照,总RNA抽提,RT—PCR.检测神经纤维瘤蛋白mRNA在两种细胞中的表达。制备细胞超薄片,间接免疫荧光染色,观察神经纤维瘤蛋白在这两种细胞内的分布。免疫沉淀和Western blot检测神经纤维瘤蛋白在成骨细胞和软骨细胞中的表达。另选择体外培养的NF1脊柱侧凸患者成骨细胞8例和软骨细胞6例。免疫沉淀和Western blot比较神经纤维瘤蛋白在先天性脊柱侧凸和NF1脊柱侧凸患者两组成骨细胞和软骨细胞中的表达差异。取对数生长期细胞,MTT 法检测细胞增殖活性,同时检测细胞内碱性磷酸酶活性,酶免疫法检测Ⅰ型胶原、骨钙素等成骨细胞特异性分化指标以及Ⅱ型胶原、蛋白多糖等软骨细胞分化指标,对两组成骨细胞和软骨细胞的生物学特性进行分析比较。
结果: 植块法成骨细胞原代培养通常需要4周,可获得2-3×106个细胞,二次植块可获得细胞数和初次植块接近。软骨细胞原代培养通常为3周,可获得约2×106个细胞。植块法所获得的细胞呈较典型的成骨细胞形态,碱性磷酸酶染色阳性,Ⅰ型胶原和骨钙素mRNA表达明显,成骨诱导液培养4周有钙结节形成。髂骨生长板所分离细胞的形态学观察、甲苯胺蓝染色、Ⅱ型胶原和可聚蛋白多糖mRNA表达等结果均显示所获得细胞表现典型软骨细胞特性。神经纤维瘤蛋白mRNA的RT—PCR检测结果显示,先天性脊柱侧凸患者成骨细胞和软骨细胞中该蛋白mRNA表达水平接近,均明显低于胎儿脑组织,胎儿脑组织中Ⅰ型和Ⅱ型神经纤维瘤蛋白mRNA均有表达,且以Ⅰ型mRNA表达为主,而成骨细胞和软骨细胞中仅表达Ⅱ型神经纤维瘤蛋白mRNA。免疫沉淀和Western blot结果也提示先天性脊柱侧凸患者成骨细胞和软骨细胞中存在神经纤维瘤蛋白表达。间接免疫荧光检测显示这两种细胞中该蛋白分布以细胞浆为主。NF1脊柱侧凸患者成骨细胞和软骨细胞中神经纤维瘤蛋白表达水平明显低于先天性脊柱侧凸组。NF1脊柱侧凸患者成骨细胞增殖活性相对活跃,其碱性磷酸酶、Ⅰ型胶原和骨钙素水平均明显低于先天性脊柱侧凸患者。NF1脊柱侧凸患者软骨细胞也显示相对活跃的增殖活性,其细胞外基质中Ⅱ型胶原水平明显低于先天性脊柱侧凸组,蛋白多糖表达无差异。
结论: 神经纤维瘤蛋白在先天性脊柱侧凸患者成骨细胞和软骨细胞中的表达提示该蛋白在这两种细胞中也存在Ras—GAP作用。但所表达蛋白为GAP活性较弱的Ⅱ型异构体。伴随神经纤维瘤蛋白表达水平的降低,NF1脊柱侧凸患者成骨细胞和软骨细胞都表现不同程度功能缺陷。成骨细胞和软骨细胞功能缺陷可能是NF1患者脊柱侧凸患者骨骼营养不良性改变和骨密度降低等各种骨骼异常的共同基础。