模拟失重条件下续断皂苷调节成骨细胞的骨保护作用及其机制研究

Weightlessness induced bone loss during space flight is a critical issue and seriously threaten the health of astronauts. Our previous study demonstrated that Radix Dipsaci total Saponins (RTS), the major active components of Radix Dipsaci, could effectively suppress ovariectomy induced osteoporosis in rats. Nevertheless, whether RTS could decrease the bone loss induced by weightlessness remains unclear. Our current experiments showed RTS could significantly increase osteoblast differentiation and enhance beta-catenin level in nucleus in the simulated weightlessness, indicating that RTS might promote bone formation by regulating Wnt/beta-catenin signaling pathway in osteoblast..Therefore, the objective of the present project is to investigate the possible mechanisms of RTS to counteract bone loss and signal transduction pathway of RTS to activate the Wnt/beta-catenin signaling pathway under weightlessness on molecular -cell- animal levels. The methodology will be based on pharmacology and molecular biology and the experiment will be investigated by hindlimb unloading in rats and simulated weightlessness in cells. And RTS may act as a potential natural product for the prevention and treatment of bone loss induced by weightlessness. This project will provide theoretical guidance for bone loss therapy by targeting the Wnt/ beta-catenin signaling pathway.

失重导致骨丢失（WBL）是航天员中、长期空间飞行最危险因素之一，严重威胁航天员的健康。我们研究表明，续断皂苷（RTS）能有效对抗雌激素缺乏导致的骨丢失，保持骨矿密度。然而，RTS是否能对抗失重诱发的骨丢失，尚不明确。预实验中我们发现：模拟失重条件下RTS可明显促进体外成骨细胞增殖、分化和矿化，同时检测到成骨细胞核中β-catenin表达量升高，因此我们推测RTS可通过调控Wnt/β-catenin 信号通路调节成骨细胞促进骨形成，从而抑制骨丢失。.本课题拟利用尾悬吊、3-D回转器、强磁重力环境分别建立模拟失重动物模型和细胞模型，采用药理学和分子生物学相结合的方法，从分子-细胞-在体层面揭示模拟失重条件下：①RTS抗骨丢失的作用；②RTS激活Wnt/β-catenin信号通路调控成骨细胞抗骨丢失的分子机制。本课题预期结果将为发掘WBL防护药物奠定理论基础，为WBL的防治提供新的药物作用靶标。

航天技术飞速发展，航天员暴露在太空环境时间的延长，导致其失重性骨质流失也越发突出，其有效防治已成为航天医学关注的焦点。本课题在前期研究的基础上，采用后肢去负荷骨质流失模型，对天然产物续断的重要活性成分续断皂苷（RTS）防治失重性骨质流失的作用进行系统深入的研究，并从细胞和分子水平上研究续断皂苷防治骨质流失的机制，为发掘骨质流失防护药物提供实验依据。. 本研究在体内考察了RTS对尾悬吊模拟失重大鼠骨质流失的防治效果。大鼠灌胃给予RTS4周后，测量脏器重量分析长期用药对脏器的影响；采用全自动生化分析仪分析大鼠血清及尿液中的钙、磷、等骨代谢指标及肝肾功能指标；采用ELISA免疫学方法测定骨转换指标；采用荧光双标观察骨形成情况；采用三点弯曲实验分析大鼠股骨生物力学性能；采用DXA和灰化炉测定骨密度及骨矿含量；采用MicroCT分析股骨干骺端骨小梁微结构及股骨中段皮质骨结构特性。研究结果显示，RTS显著抑制了骨吸收生化指标的上升，促进了骨形成指标的表达，同时显著抑制尾悬吊造成的骨密度和骨含量的下降。除此之外，RTS明显改善了大鼠的股骨生物力学性能、骨小梁的微结构，显著促进了骨形成率。. 在体外的研究发现RTS促进了成骨细胞的分化。RTS能使BMP-2蛋白表达升高，使MAPK通路中的p-ERK/ERK、p-P38/P38值升高，同时使p-Smad1/5/8与Smad1/5/8比值升高，即促进ERK MAPK、P38 MAPK和Smad1/5/8的磷酸化，并且促进Runx-2蛋白表达。此外，RTS可促进Wnt/β-catenin信号通路中关键蛋白β-catenin入核，提示RTS促进成骨细胞成骨活性的作用机理，可能是通过上调骨形成蛋白BMP-2的表达，激活其下游Smads及MAPK信号通路，活化Wnt/β-catenin信号通路进而促进细胞核内与细胞增殖分化密切相关的转录因子Runx-2表达，最终促进细胞的分化。与此同时，RTS可显著促进成骨细胞上OPG/RANKL的表达，提示其不仅可以促进成骨细胞的分化，而且可通过调节成骨细胞上的分泌因子来调节破骨细胞的活化与功能。.综上所述，RTS对大鼠尾悬吊所致骨质流失具有明显的防治作用，有促进骨形成抑制骨吸收双重调节作用。本项目的实验结果为续断防治失重性骨质流失的应用提供了实验依据，为发掘新的抗失重性骨质流失药物提供了线索。