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.2016年10月；22(10):1160-1169.
doi:10.1038/nm.4162。 Epub 2016年8月29日。

植入镁诱导大鼠局部神经元产生CGRP促进骨折愈合

张一峰 1, 徐建坤 1, 叶春阮 2, 梅昆玉（Mei Kuen Yu） 2, 迈克尔·奥劳克林 1, 海伦·怀斯 三, 陈迪 4, 李天 1, 杜芳诗 1, 王佳丽 1, 陈四惠 1, 简Q峰 5, Dick Ho Kiu Chow先生 1, 谢新辉 1, 曾丽珍 1, 勒黄 1, 朔黄 1, 梁国遂 1, 那鲁 6, 兰昭（Lan Zhao） 4, 李华芳 1, 赵德伟 7, 夏果（Xia Guo） 8, 陈开明 1, 弗兰克·维特 9 10, 小昌禅 2, 郑玉峰 11, 凌琴 1 12
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植入镁诱导大鼠局部神经元产生CGRP促进骨折愈合

张一峰等。 自然·医学. 2016年10月.

摘要

含有可生物降解镁的骨科植入物已被用于骨折修复，效果显著；然而，这些植入物促进骨折愈合的潜在机制尚不清楚。在这里，我们展示了将含有超纯镁的针髓内植入大鼠完整的股骨远端后，周围皮质部位大量新骨的形成。这种反应伴随着股骨外周皮质和同侧背根神经节（DRG）神经元降钙素基因相关多肽-α（CGRP）的大量增加。骨膜的外科切除、感觉神经的辣椒素去神经支配或编码CGRP受体的基因Calcrl或Ramp1的体内敲除基本上逆转了我们在该模型中观察到的镁诱导的成骨作用。然而，这些基因的过度表达增强了镁诱导的成骨作用。我们进一步发现，细胞外镁的升高导致镁转运蛋白1（MAGT1）依赖性和瞬时受体电位阳离子通道M亚家族成员7（TRPM7）依赖性镁进入，以及细胞内三磷酸腺苷（ATP）的增加以及分离的大鼠DRG神经元中末端突触小泡的积聚。在分离的大鼠骨膜源性干细胞中，CGRP诱导cAMP反应元件结合蛋白1（CREB1）和SP7（也称为osterix）的CALCRL和RAMP1依赖性激活，从而增强这些干细胞的成骨分化。此外，我们还开发了一种创新的含镁髓内钉，可促进卵巢切除所致骨质疏松大鼠股骨骨折的修复。综上所述，这些发现揭示了镁在促进CGRP介导的成骨分化中以前未明确的作用，这表明了镁离子在骨科中的治疗潜力。

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数字

图1
图1
镁诱导大鼠股骨骨膜依赖性新骨形成。(一)大鼠股骨髓内植入镁（Mg）后中轴新骨的代表性H&E染色（顶部）和钙黄绿标记（底部）2+)或不锈钢（作为对照（Ctrl））棒2周(n个=每组6张图像）。P、 骨膜；BM，骨髓；OB，旧骨；NB，新骨。比例尺，200µm。(b、 c（c）)典型的micro-CT图像(b条,n个每组≥7张图像）和相应的测量(c（c）)Mg植入大鼠股骨的总骨TV、高密度BV和ρMOI2+或Ctrl杆，或骨膜剥离并植入镁（Mg2+减去骨膜）***P（P）<0.001，通过Tukey的单向方差分析事后（post-hoc）测试。括号数字表示n个每个组的值。比例尺，1 mm。为避免扫描伪影，在micro-CT之前从骨中取出不锈钢植入物。(d、 e（电子）)代表性射线照片(d日,n个每组≥6张图像）和电视、BV和BMD的micro-CT测量(e（电子）)镁治疗2周后大鼠股骨2+或在有或无辣椒素治疗的情况下进行Ctrl植入（参见在线方法）*P（P）< 0.05, ***P（P）通过Tukey’s的单因素方差分析<0.001事后（post-hoc）测试。n个括号中显示了每个组的情况。比例尺，5 mm.mg HA/cm三，羟基磷灰石密度单位。(（f）)代表性免疫荧光标记（顶部，n个=每组三只大鼠各取1张图像），并在植入后2周对大鼠股骨CGRP进行ELISA分析（底部）。箭头表示CGRP阳性区域**P（P）< 0.01, ***P（P）Bonferroni的双向方差分析结果<0.001事后（post-hoc）测试，n个=3个生物复制。比例尺，50µm。(克)免疫荧光染色的代表性图像(n个=植入后2周大鼠L4腰椎DRG中CGRP的每组三只大鼠各1张图像。下部图像是上部图像中装箱区域的高分辨率版本。Nuclei标有DAPI。比例尺，50µm。整个数据均为平均值±标准误差。
图2
图2
CGRP受体在镁诱导大鼠股骨新骨形成中的作用。(a–c)代表性射线照片(一,n个=每组四只大鼠各1张图像），钙黄绿素/二甲酚评估骨重塑(b条,n个=每组四只大鼠各1张图像）和BV、TV和BMD的micro-CT测量(c（c）)镁治疗2周后大鼠股骨2+或Ctrl植入，用结合有计算cDNA（腺病毒-计算)或shRNA靶向计算（AdV-sh计算)过度表达或击倒计算分别为。以扰乱序列的腺病毒作为阴性对照（AdV-NC）*P（P）< 0.05, **P（P）< 0.01, ***P（P）<0.001，不另作说明。，P（P）>通过Newman–Keuls的单向方差分析得出0.05事后（post-hoc）测试。n个=每组4只动物。比例尺，5 mm(一)和1毫米(b条). (d、 e（电子）)代表性钙黄绿标记新骨(d日,n个=每组6张图像）和BV、TV和BMD的micro-CT测量(e（电子）)镁治疗2周后大鼠股骨2+或用结合有坡道1cDNA（腺病毒-坡道1)，shRNA靶向坡道1（AdV-sh坡道1)或AdV-NC*P（P）< 0.05, **P（P）< 0.01, ***P（P）<0.001，不另作说明。，P（P）>通过Newman–Keuls的单向方差分析得出0.05事后（post-hoc）测试。n个=每组6只动物。标尺，500µm(d日). 整个数据均为平均值±标准误差。
图3
图3
镁的影响2+在大鼠DRG神经元上在体外. (一)大鼠DRG神经元典型亮场照片(n个=10幅图像）。箭头表示大的右相DRG神经元。比例尺，100µm。(b条)用FM1-43（绿色）荧光标记培养的DRG神经元中的CGRP（红色）和神经元囊泡。比例尺，20µm。(c（c）)镁中预先加载FM1-43的DRG神经元的共焦活细胞成像（左）2+-自由浴（0和5分钟）和添加MgCl后2（1–2 mM）（在7.5、10、12.5和15分钟时）。箭头表示神经元末端。神经元末端FM1-43强度的相应量化（右）**P（P）Tukey’s单因素方差分析<0.01事后（post-hoc）测试，n个=每组5个细胞。比例尺，10µm。(d日)典型共焦图像（左，n个=每组5张图像）和用肌动蛋白聚合抑制剂细胞松弛素B（CB，20µM）和随后的MgCl处理的加载FM1-43的DRG神经元的相应定量（右）2（2mM）。不另说明。，P（P）>使用Tukey's进行单向方差分析，结果为0.05事后（post-hoc）测试，n个=每组5个细胞。比例尺，10µm。(e（电子）)不同浓度镁孵育后DRG神经元胞内ATP浓度的测定2+持续24小时**P（P）< 0.01, ***P（P）<0.001，通过Tukey的单向方差分析事后（post-hoc）测试，n个＝6个用于生物复制的细胞培养孔。(（f）)Mg-Fura2检测Mg2+-进入DRG神经元。添加MgCl之前（顶部）和之后（底部）DRG神经元的代表性荧光照片（340 nm激发）（左侧）2（10 mM）转化为Mg2+-自由浴(n个每种情况≥10张图像）。镁的颜色范围从低（黑色到紫色）到高（红色到白色）2+。插图显示圆形区域的高放大率。细胞内镁的时间进程变化（右）2+在添加MgCl前后，在没有或存在尼群地平（50µM，抑制MAGT1）、2-APB（100µM；抑制TRPM7）或钌红（50μM，抑制TRPM6和TRPV）的情况下，DRG神经元中的水平（以Mg-Fura2的340/380比率表示）2（10 mM）注入Mg2+-释放缓冲区***P（P）<0.001，通过Tukey的单向方差分析事后（post-hoc）测试；n个在每列的括号中显示。比例尺，20µm（主图像）；5µm（插件）。整个数据均为平均值±标准误差。
图4
图4
CGRP促进骨膜源性干细胞（PDSCs）的成骨分化。(一)FITC-标记的大鼠股骨皮质骨外周皮质（外层）共焦图像2+或控制杆(n个＝来自所使用的四只大鼠中的每只的1张图像）。比例尺，100µm。(b条)镁植入大鼠股骨2周后分离的PDSCs中茜素红（AR）和碱性磷酸酶（ALP）染色2+或控制棒，或作为空白对照的非植入棒（黑色）。比例尺，5 mm(c（c）)用CGRP（0–10）孵育72小时后，用3-（4,5-二甲基噻唑-2-基）-2,5-二苯基四唑溴化铵（MTT）测定非植入大鼠股骨分离的PDSCs−8M） ●●●●。(d日)实时PCR分析阿尔卑斯山，骨钙素(Bglap公司)和骨桥蛋白(Opn（操作）)用CGRP孵育2周后PDSCs中的mRNA表达。在c（c）,n个=8个生物复制d日,n个=3个生物复制*P（P）< 0.05, **P（P）<0.01和***P（P）通过Dunnett的单向方差分析，与无CGRP的细胞相比，<0.001事后（post-hoc）测试。数据为平均值±s.e.m。圆、正方形、三角形和del运算符的形状分别表示0、10的加法−12，10−10或10−8M CGRP。(e、 （f）)AR和ALP染色(e（电子）)和代表性的western blotting(n个=3个实验），用于CALCRL、pCREB1、RUNX2和SP7(（f）,n个=每种情况下3个western blots），在转染（+）或不转染（-）AdV的PDSCs中-计算、AdV-sh计算或AdV-NC在CGRP（10）不存在（-）或存在（+）的情况下−10M） ●●●●。马克先生。比例尺，5 mm(克)PDSCs与条件培养基孵育14d后的ALP和AR染色，条件培养基取自无镁（NM-Ctrl）或镁存在的DRG神经元培养物2+（NM-Mg2+)（见方法）。比例尺，5 mm。
图5
图5
新型含镁髓内钉可加速卵巢切除所致骨质疏松大鼠股骨干骨折的愈合。(a、 b条)代表性射线照片(一,n个每组≥5张图像）并量化面积和宽度(b条)IMN或Mg-IMN植入后2–12周大鼠股骨骨折骨痂*P（P）< 0.05, ***P（P）通过Bonferroni的双向方差分析得出<0.001事后（post-hoc）测试。n个括号中显示了每组的情况。比例尺，5 mm(c（c）)IMN或Mg-IMN植入后2-12周，对骨折大鼠股骨的TV、BV、BV/TV和TV密度进行显微CT测量*P（P）< 0.05, ***P（P）Bonferroni双向方差分析结果<0.001事后（post-hoc）测试。n个括号中显示了每组的情况。(d日)IMN或Mg-IMN植入12周后骨折大鼠股骨最大压缩负荷的生物力学测试*P（P）<0.05（学生）t吨测试。n个括号中显示了每组的情况。(e、 （f）)H&E染色的代表性图像(e（电子）,n个=每组四只大鼠各1张图像）和偏振光分析(（f）,n个=每组四只大鼠各1张图像）在植入IMN或Mg-IMN后2–12周的骨折骨痂中矢状面切片中，对骨骼进行定量（右）(e（电子）)和软骨的(（f）)分数。n个=每组4只动物*P（P）<0.05，使用Bonferroni进行双向方差分析事后（post-hoc）测试。比例尺，500µm。(克)钙黄绿素/二甲酚双标记评价骨重建(n个=每组四只大鼠各1张图像）植入IMN或Mg-IMN后4-12周。比例尺，5 mm(小时)骨重塑率由二甲酚/钙黄绿素强度比表示（顶部，第4周数据；中部，第8周数据；底部，第12周数据）。n个=每组4个样本*P（P）< 0.05, ***P（P）<0.001（学生）t吨测试。数据为平均值±s.e.m。
图6
图6
CGRP受体在Mg-IMN对大鼠骨折愈合有益作用中的作用。(a–c)射线照片(一)、藏红O染色(b条)和最大压缩载荷的生物力学测试(c（c）)植入IMN或Mg-IMN并结合AdV-NC、AdV治疗4周后，对骨折的大鼠股骨进行-坡道1或AdV-sh坡道1.n个=每组6只动物*P（P）< 0.05, **P（P）< 0.01, ***P（P）<0.001，不另作说明。，P（P）>使用Newman-Keuls进行0.05单向方差分析事后（post-hoc）测试。数据以平均值±标准杆表示，5 mm(一)和200µm(b条). 这些图像代表了每组拍摄的六张图像。(d日)显示注入衍生镁扩散的示意图2+由DRG感觉神经元支配并富含PDSCs，PDSCs正在向新骨分化（上图）。插图（底部放大），释放的镁2+通过Mg进入DRG神经元2+转运体或通道（即MAGT1和TRPM7），并促进CGRP囊的积累和胞吐。DRG释放的CGRP反过来激活PDSCs中的CGRP受体（由CALCRL和RAMP1组成），通过cAMP触发CREB1的磷酸化，并促进有助于成骨分化的基因的表达。
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中的注释

  • 骨：镁的成骨作用的神经起源。
    福尔摩斯D。 福尔摩斯D。 Nat Rev内分泌。2016年12月；12(12):687. doi:10.1038/nrendo.2016.160。Epub 2016年9月16日。 Nat Rev内分泌。2016 采购管理信息：27636728 没有可用的摘要。

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    1. 海斯JS，理查兹RG。钛和不锈钢在骨折固定中的应用。医疗器械专家版。2010;7:843–853.-公共医学
    1. 顾XN，谢XH，李恩，郑毅夫，秦力。一种新型可生物降解金属Mg-Sr二元合金体系的体内外研究。生物学报。2012;8:2360–2374.-公共医学
    1. de Baaij JH，Hoendrop JG，Bindels RJ。人体中的镁：对健康和疾病的影响。生理学。2015年版；95:1–46。-公共医学
    1. 李凤英等。人类T细胞免疫缺陷揭示Mg2+的第二信使作用。自然。2011;475:471–476.-项目管理咨询公司-公共医学

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