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[学位]

线粒体功能损伤及其在大骨节病发病机制中的作用研究

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Author:

刘江涛 (刘江涛.)

Abstract:

研究背景:大骨节病(Kashin-Beck disease,KBD)为地方性退行性骨关节疾病,主要分布在我国从东北至西南的狭长区域。本病的病因尚不明确,但在过去150年里提出了3种病因假说:生物地球化学(低硒)假说,粮食真菌毒素污染中毒假说,以及饮用水有机质污染假说。大骨节病的特征性病变为关节软骨和生长板软骨的深层细胞坏死,软骨基质丧失,进而导致继发性骨关节病和骨关节畸形,严重者可致伤残和劳动能力丧失。成熟软骨组织中的唯一细胞类型为软骨细胞,它产生并维持软骨基质,且参与软骨组织损伤的修复。线粒体(mitochondrion)是一种存在于大多数真核细胞中的双层膜细胞器。线粒体具有自身的遗传系统,但其基因组大小有限,且受核基因组的调控,所以是一种半自主的细胞器。线粒体产生三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP)为细胞供能,并在细胞大量中间代谢产物的氧化和细胞内环境稳态的调节等许多细胞活动中发挥着重要作用。线粒体还是细胞内氧自由基产生的场所,同时本身也是氧自由基攻击的靶标。线粒体功能障碍可引起细胞内的多种信号级联反应、氧化应激反应和启动程序性细胞死亡。既往研究表明,大骨节病患者软骨细胞涉及线粒体损伤,且在粮食真菌毒素和环境低硒等有害可疑致病因素实验中,软骨细胞线粒体损伤的形态学改变明显;补硒可改善环境因素硒缺乏引起的线粒体损伤。然而线粒体损伤在大骨节病发病中的确切作用及与环境致病因素的关系,尚未进行过系统的研究。研究目的:1. 通过线粒体损伤的细胞模型研究,建立细胞线粒体研究的方法;2. 明确大骨节病关节软骨细胞的线粒体功能损伤和氧化应激水平,确定与大骨节病软骨细胞凋亡关系密切的线粒凋亡通路;3. 明确T-2毒素诱导正常人软骨细胞发生类似大骨节病的软骨细胞线粒体损伤、氧化应激和细胞凋亡,并证明硒对软骨细胞线粒体具有保护作用;4. 探索引起大骨节病软骨细胞损伤的线粒体机制,及其与环境有害因素T-2毒素和低硒的关系,有效推进“环境因素-线粒体损伤-软骨细胞死亡”通路及其阻断措施的研究,为提高大骨节病早期诊治、早期预防的水平,提供新的科学依据。研究方法:1. 利用半乳糖培养液体外培养的方法筛选野生型线粒体功能损伤细胞系LL/2,获得线粒体功能恢复细胞株LL/2S,鉴定并检测其线粒体功能恢复状况,建立体外培养细胞的线粒体实验方法;2. 利用建立的线粒体实验方法,评估体外培养的大骨节病软骨细胞的线粒体功能损伤、氧化应激、以及线粒体介导的细胞凋亡,同时分析线粒体功能和年龄的关系;3. 利用大骨节病环境可疑致病因素T-2毒素干预体外培养的正常人软骨细胞,评估软骨细胞的线粒体功能损伤、氧化应激和线粒体介导的细胞凋亡,以及补硒对软骨细胞线粒体的保护作用。研究结果:1. 半乳糖培养液筛选细胞株LL/2S发生mtDNA G14756A点突变,翻译后细胞色素b发生G204E位点氨基酸改变,引起细胞色素b构象变化和电子传递链动力学增加,从而改善野生型LL/2细胞存在的呼吸链复合体III功能损伤,增强了细胞线粒体功能:细胞内非偶联性氧呼吸减少,线粒体呼吸链复合体III依赖的氧呼吸增加,呼吸链复合体III蛋白合成增加,线粒体膜电位增加,细胞内ATP含量增加,细胞活性氧含量减少,以及细胞培养液中乳酸含量减少。2. 大骨节病与正常人关节软骨细胞在相同条件下培养,显示出明显的差异:线粒体呼吸链复合体II、III、IV和V活性降低,柠檬酸合酶活性升高,线粒体膜电位下降,细胞内ATP含量减少,细胞内活性氧含量增加,细胞色素c从线粒体释放增多,caspase-9和caspase-3激活,细胞凋亡显著增多。回归分析结果显示,大骨节病和正常对照的线粒体功能损伤和年龄无明显相关性。3. T-2毒素作用于正常成人关节软骨细胞,可引起类似大骨节病改变的线粒体功能损伤:线粒体呼吸链复合体III、IV和V活性降低,线粒体膜电位下降,细胞内ATP水平降低,活性氧含量增加,细胞色素c从线粒体释放增多,caspase-9和caspase-3激活,细胞活内性明显降低,细胞凋亡显著增多。生理浓度硒可部分阻断T-2毒素引起的软骨细胞线粒体损伤、氧化应激和细胞凋亡。结论:1. 氧化应激在呼吸链复合体III损伤所致线粒体功能障碍中发挥重要作用;mtDNA的G14756A点突变能够通过减少细胞ROS改善线粒体功能。2. 大骨节病存在软骨细胞线粒体功能损伤、氧化应激和线粒体介导的软骨细胞凋亡;线粒体功能损伤和年龄无明显相关性。3. T-2毒素能够引起类似大骨节病改变的软骨细胞线粒体功能损伤、氧化应激和线粒体介导的软骨细胞凋亡;补硒能够部分阻断T-2毒素引起的软骨细胞线粒体损伤。4. “活性氧-线粒体损伤-软骨细胞凋亡”通路在大骨节病发病中起到关键作用,补硒可以通过作用于“活性氧-线粒体损伤-软骨细胞凋亡”通路防止大骨节病的发生。

Keyword:

线粒体大骨节病软骨细胞T-2毒素硒

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  • [ 1 ] 西安交通大学医学部

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Basic Info :

Degree: 医学博士

Mentor: 郭雄

Year: 2012

Language: Chinese

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