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방법 논문

외상 후 골관절염에서 PGE 2-EP4-Ca2+ 신호 전달 축의 잠재적 역할

700 조회수

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DOI:

10.3791/68602

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2025년 8월 22일

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이 논문에서

요약

여기에서는 비교를 통해 골관절염 쥐 모델의 확립 및 평가 방법을 체계적으로 설명하는 프로토콜을 제시하여 급성 기계적 손상 유발 골관절염과 만성 대사/환경 요인 유발 골관절염 사이의 병인이 다르다는 과학적 증거를 제공합니다. ACLT 모델은 EP4-Ca2+-미토콘드리아 기능 장애 신호 전달 경로의 변화를 강조하는 주요 초점입니다.

초록

외상 후 골관절염(PTOA)은 외상이나 강렬한 기계적 스트레스로 인해 유발되는 퇴행성 관절 질환으로 관절 연골 변성 및 기능 장애를 유발합니다. 프로스타글란딘 E2(PGE2)는 연골세포막에서 수용체인 프로스타글란딘 E 수용체 4(EP4)를 활성화하여 기계적 손상 후 연골 분해에 크게 기여합니다. 관절 연골의 항상성은 주로 연골 분해와 복구 사이의 동적 균형에 의존하며, 이는 연골 세포에 의해 미세하게 조절되는 과정입니다. Ca2+/칼모듈린 의존성 단백질 키나제 II(CAMKII) 신호 전달 경로는 연골 세포 기능 회복을 매개하는 데 중요한 역할을 하는 것으로 나타났습니다. 이 연구에서 우리는 인터루킨-1 베타(IL-1β) 자극 연골 세포에서 EP4, 이노시톨 1,4,5-트리스포스페이트 수용체(IP3R) 및 인산화된 CaMKII의 발현 증가를 관찰하여 EP4 신호 전달과 칼슘 조절 장애 사이의 가능한 연관성을 시사합니다. 그러나 PTOA에서 EP4-Ca2+/CaMKII 축의 관여를 확인하는 직접적인 증거는 아직 부족합니다. 이 잠재적 메커니즘을 명확히 하기 위해서는 유전적 또는 약리학적 개입을 사용한 추가 조사가 필요합니다. 이러한 발견은 PTOA 치료의 표적으로서 칼슘 항상성 및 EP4 신호 전달을 탐색하기 위한 예비 기초를 제공합니다.

서론

신체 활동은 건강상의 이점을 위해 널리 홍보되고 있지만 여전히 하지 근골격계 부상의 주요 원인으로 남아 있어 다양한 부작용을 초래할 수 있습니다1. 이 중 PTOA는 어린 나이에 관절 부상을 경험하는 청소년 및 청년에게 점점 더 큰 부담이 되고 있습니다2. 놀랍게도 스포츠 관련 관절 부상을 입은 개인의 약 48-52%가 11-17년 이내에 PTOA가 발생합니다 3,4. 청소년 스포츠 및 레크리에이션 활동에서 가장 자주 부상을 입는 관절 중 하나인 무릎 관절은 관절 손상에서 PTOA로 진행되는 데 특히 취약합니다. 전향적 연구에 따르면 무릎 부상을 입은 개인은 부상을 입지 않은 개인에 비해 부상 후 12-20년 후에 방사선학적으로 확인된 무릎 골관절염 발병 위험이 10배 더 높다고 보고했습니다5. 더욱이, 젊은 성인의 경우 방사선학적 평가에 따르면 전방십자인대 절개(ACLT) 부상을 입은 여자 축구 선수는 12년 이내에 PTOA가 발생할 위험이 51%인 반면, 남자 선수는 14년 이내에 41%의 위험이 ....

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프로토콜

동물과 관련된 모든 실험 절차는 광동성 한의학 병원의 동물 윤리 위원회(윤리 승인 번호: 2024014-2)의 검토 및 승인을 받았습니다. 이 연구는 중화인민공화국 국무원이 규정한 실험동물의 윤리적 사용에 관한 규정에 따라 수행되었습니다.

1. 동물

  1. Sprague-Dawley(SD) 근친 교배 SPF 쥐를 사용하여 발정 주기와 관련된 잠재적인 교란 효과를 줄입니다. 이 실험을 위해 생후 4주, 체중이 90g에서 100g 사이인 총 9마리의 수컷 SD 쥐를 선택합니다.
    참고: 이 쥐는 중국의 허가된 실험 동물 공급업체(인증서 번호: 20240410Aazz0619000774)로부터 공급되었습니다.
  2. 모든 동물을 특정 병원균이 없는(SPF) 환경에서 유지하십시오. 평균 습도 60 ± 1%의 24 ± 2°C의 온도와 12시간의 밝은/어두운 주기로 통제된 환경을 유지합니다.
  3. 쥐가 산성화된 물과 표준 설치류 식단에 자유롭게 접근할 수 있도록 하십시오.

2. 동물 모델 구축 및 개입

  1. 먹이 센터....

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결과

ACLT 유발 PTOA는 FD 유발 만성 KOA에 비해 조기 연골 파괴 및 행동 결함을 나타냅니다(그림 2 및 그림 3)
관절 공간 협착과 연골 변성은 골관절염의 주요 결과입니다. 이전 연구에서는 과체중 및 환경 요인(예: 습한 기후)이 OA 발병의 잠재적 원인으로 확인되었으며12,13, 이는 노화와 직접적인 관련이 있고 노년기에 OA 발병으로 이어질 수 있습니다. 본 연구에서는 스포츠 관련 외상이 골관절염 진행을 가속화할 수 있는지 알아보기 위해 ACLT 유발 외상군을 PTOA 모델로, FD 모델을 만성 골관절염에 대한 양성 대조군으로 설정하였다. 쥐의 관절 표면 형태, 조직병리학적 변화 및 연골하 뼈 미세 구조를 검사하여.......

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토론

환경 및 식이 요인에 의해 유발된 만성 OA에 비해 ACLT 유발 관절 외상은 질병의 더 빠른 진행으로 이어집니다. 관절 부종, 뒷다리 악력, 보행 분석을 포함한 행동 평가를 기반으로 한 결과, 환경 및 식이 요인에 의해 유발된 대조군, PTOA 그룹 및 양성 대조군 간에 유의미한 차이가 나타났습니다. 개입 12주 후, PTOA군에서 뒷다리 악력의 현저한 감소와 불안정한 보행을 동반한 과도한 관절 부종이 관찰되어 검체 채취에 적합한 시점을 나타냈다. 두 개입 모델에서 OA 진행에 대한 추가 평가는 H&E 염색, SOFG 염색 및 마이크로 μCT 분석을 통해 수행되었습니다. 조직학적 검사 결과 PTOA 그룹은 관절 공간 협착과 연골 얇아짐이 더 뚜렷한 것으로 나타났습니다. 대조적으로, FD 그룹의 OA 병리는 초기 행동 변화에 비해 이 단계에서 덜 분명했습니다. 또한 조직학적 소견과의 상관관계를 강화하기 위해 micro-μCT 분석을 수행한 결과, 거의 모든 측정된 매개.......

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공개 사항

저자는 공개할 것이 없습니다.

감사의 글

이 연구는 중국 국가자연과학재단(No. 82205147; 62472046번); 광동성 체육국 과학연구프로젝트(GDSS2024N038); 광저우 중의과대학(GZYFT2024G08)의 대학-병원 공동 기금 프로젝트.

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
0.2% 콜라게나제 IISigma-Aldrich, 미국CAS 번호: 9001-12-1일차 연골 세포 분리 및 배양
0.2% 트리톤 X-100Beyotime, 중국ST795면역형광
0.25% 트립신-EDTA우한 보스터 생물학적 기술 Co., Ltd.AR1071석회질 제거
0.25% 트립신-EDTAGibco, 미국25200072일차 연골 세포 분리 및 배양
4% 파라포름알데히드 고정액Biyuntian, 중국P0099-3L조직 고정
항-CaMKII 항체Huabio, 중국ET1608-47웨스턴 블롯(1:1000)
항-콜라겐 II 항체Abcam, 영국AB34712웨스턴 블롯(1:1000)
항-COX2 항체Abcam, 영국AB179800웨스턴 블롯(1:1000)
항-Cyt-C 항체Selleck, 중국F2534웨스턴 블롯(1:1000)
항-IP3R 항체 (B-2)미국 산타크루즈SC-377518웨스턴 블롯(1:1000)
항-MMP9 항체Abcam, 영국AB76003웨스턴 블롯(1:1000)
항-p-CaMKII 항체Selleck, 중국F0342웨스턴 블롯(1:1000)
항-&-액틴 항체미국 세포 신호 전달 기술(CST)8시간 10일 10일웨스턴 블롯 (1:2000)
BSA 차단 솔루션시그마 알드리치, 미국해당 사항 없음웨스턴 블롯 차단을 위한 5% BSA
원심분리기(5424 R)Eppendorf, 독일해당 사항 없음755 &회; g 원심분리 속도
클로로포름시그마 알드리치, 미국해당 사항 없음PA용 용매
온도 조절 챔버(RXZ-158A)국내 제조업체, 중국해당 사항 없음습한 환경 모델
컬러 역전사 키트Invitrogen, 쑤저우, 중국해당 사항 없음cDNA 합성
CTAn 소프트웨어 브루커버전 1.9 및 4.1정량적 형태 측정 분석용
CTVol 소프트웨어 브루커버전 2.0정성적 및 3차원 시각화를 위해
DAPI 염색 솔루션Beyotime, 중국해당 사항 없음핵 염색(5 & micro; g/mL)
디지털 악력 측정기푸신 악기해당 사항 없음뒷다리 악력 측정
DMEM/F12 미디엄코닝, 미국해당 사항 없음세포 배양 배지
EDTA(에틸렌디아민테트라아세트산)알라딘해당 사항 없음뼈 조직의 석회질 제거
PGE2용 ELISA 키트Elabscience, 우한, 중국PGE2E-EL-0034ELISA 검출
강화된 화학발광 키트Millipore, 미국WBKLS0500웨스턴 블롯 검출
에탄올광동 광시 시약 기술 유한 회사CAS: 64-17-5조직 탈수
태아 소 혈청(FBS)코닝, 미국해당 사항 없음배양용 농도 10%
FITC 표지 염소 항토끼 IgGBeyotime, 중국P0179 키트면역형광(1:500)
그래프패드 프리즘GraphPad 소프트웨어, 미국버전 8.0.2데이터 분석
헤마톡실린 및 에오신(H& E) 염색 키트Servicebio, 우한지1005조직학
IL-1&베타;PeproTech, 미국400-01BPTOA 세포 모델의 경우 10 ng/mL
이미지J미국 NIH버전 1.48v이미지 분석
Image-Pro Plus 소프트웨어미디어 사이버네틱스버전 6.0스캔한 발자국에서 정량적 보행 분석
이소플루란상하이 야지 생물학YS1412C동물 수술용 마취
라이카 임베딩 센터라이카 마이크로시스템즈EG1160파라핀 포베딩
라이카 마이크로톰라이카 마이크로시스템즈2235 링깃파라핀 포매 조직 절편
라이카 워터 배스라이카 마이크로시스템즈하이1210플로팅 파라핀 섹션
광학 현미경(ECLIPSE Ti2-E)Nikon, 일본해당 사항 없음조직학적 관찰
마이크로 CT 스캐너(ZKKS-MCT-Sharp)국내 제조업체, 중국해당 사항 없음뼈 영상
마우스-HRP 2차 항체미국 세포 신호 전달 기술(CST)70761:2000 희석
NIS-Elements 이미징 소프트웨어니콘해당 사항 없음현미경 이미지 캡처 및 분석
NRecon 소프트웨어Bruker, 독일버전 1.6CT 재구성
팔미트산(PA)시그마 알드리치, 미국P0500500 & 마이크로; FD 셀 모델용 M 재고
절편용 파라핀 왁스, 병리학 등급, 녹는점 52-54 &g; C광동 광시 시약 기술 유한 회사Y258797-500g조직 처리 중 파라핀 포매에 사용
절편용 파라핀 왁스, 병리학 등급, 녹는점 56-58 &g; C광동 광시 시약 기술 유한 회사Y258799-500g조직 절편에서 최종 하드 왁스 포매에 사용됩니다.
PBS(인산염 완충 식염수)Gibco / 써모 피셔C10010500BT세포 세척 및 조직 헹굼
페니실린-스트렙토마이신코닝, 미국해당 사항 없음세포 배양용 1%
PVDF 멤브레인(0.45 & micro; m)Millipore, 미국IPVH00010웨스턴 블롯 멤브레인
Rabbit-HRP 2차 항체미국 세포 신호 전달 기술(CST)70741:2000 희석
빨간색 잉크영웅영웅 204보행 분석의 발자국 추적
RIPA 용해 완충액Keygen, 중국해당 사항 없음단백질 추출
사프라닌 O– 빠른 녹색 염색 키트Servicebio, 우한지1053조직학적 염색
나선형 마이크로미터(버니어 캘리퍼스)황산, 중국해당 사항 없음관절 폭 측정
연골하 뼈 분석 소프트웨어(CTAn)Bruker, 독일버전 1.9 및 4.1형태 측정 분석
SYBR 그린 PCR 마스터 믹스AG Scientific, 중국해당 사항 없음qPCR 분석
웨스턴 블롯 시약(RIPA 완충액, SDS-PAGE 겔 성분, 로딩 완충액, TBST 등)비요타임 바이오테크놀로지(중국)N/A(그룹 항목으로 사용)웨스턴 블로팅 절차에 사용되는 모든 일상적인 시약
자일렌광동 광시 시약 기술 유한 회사CAS: 1330-20-7조직 청소

참고문헌

  1. Whittaker, J. L., Roos, E. M. A pragmatic approach to prevent post-traumatic osteoarthritis after sport or exercise-related joint injury. Best PractRes Clin Rheumatol. 33 (1), 158-171 (2019).
  2. Maia, C. R., et al.

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