Gpr120激动剂tug891防治骨质疏松的应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开了GPR120激动剂TUG891防治骨质疏松的应用，高浓度TUG891对骨髓间充质干细胞有显著的促成骨分化作用，并且可显著提升骨髓间充质干细胞的增殖活性，而低浓度组不能提升细胞的成骨分化以及增殖能力，甚至可部分下调成骨分化以及增殖潜能。在去势小鼠骨松模型中，TUG891可以改善股骨远端松质骨骨微结构，增加股骨远端的矿物沉积率，表明TUG891能够通过促进骨髓间充质干细胞的增殖分化从而改善骨微结构，发挥防治骨质疏松的作用。
【专利说明】GPR120激动剂TUG891防治骨质疏松的应用
【技术领域】
[0001]本发明属于骨质疏松的防治【技术领域】，涉及GPR120激动剂TUG891防治骨质疏松的应用。
【背景技术】
[0002]骨质疏松症(osteoporosis，0P)是退行性、全身性、代谢性骨骼疾病，是由多种病因导致的骨组织骨量丢失、结构改变和生物力学性能减退，容易发生骨折，严重威胁老年人的身心健康。
[0003]随着人口老龄化的进程加快，我国老年性骨质疏松的比例逐年增加。在骨质疏松的发生发展进程中，髓内脂肪显著增加，出生时具有造血能力的红骨髓逐渐由黄骨髓所替代，而占黄骨髓体积中的大部分为黄色或棕色脂肪组织，并且几乎充满骨髓腔。然而，髓内脂肪组织的功能以及起源尚无定论，其中一种说法为骨髓间充质干细胞随着年龄的增长或骨质疏松微环境的刺激下成骨分化能力减弱，成脂分化能力增强。而脂肪组织通过脂解作用可以形成脂肪酸，分类众多的脂肪酸已被证实与骨代谢联系紧密。然而其在骨修复、骨愈合中所参与的作用以及涉及的生理机制非常复杂，且目前仍无定论。
[0004]TUG891近些年来作为治疗糖尿病以及改善胰岛素抵抗的初期药物，在内分泌领域已成为研究热点。GPR120作为中长链不饱和脂肪酸受体，其激动剂TUG891在骨代谢中的作用，比如骨质疏松条件下的骨形成与骨愈合，以及骨髓间充质干细胞增殖分化过程中的调控作用，目前未见报道。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供GPR120激动剂TUG891防治骨质疏松的应用，TUG891可应用于防治骨质疏松的药物的制备。
[0006]为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案:
[0007]GPR120激动剂TUG891在制备用于防治骨质疏松的药物中的应用。
[0008]GPR120激动剂TUG891在制备用于促进骨髓间充质干细胞增殖的药物中的应用。
[0009]GPR120激动剂TUG891在制备用于抗骨髓间充质干细胞分化抑制的药物中的应用。
[0010]GPR120激动剂TUG891在制备用于提高骨髓间充质干细胞中ALP活性的药物中的应用。
[0011]GPR120激动剂TUG891在制备用于提高骨髓间充质干细胞中促成骨分化基因ALP、OCN及Runx2表达水平的药物中的应用。
[0012]GPR120激动剂TUG891的给药量至少为10 μ g/kg。
[0013]GPRl20 激动剂 TUG891 的给药量为 30-50 μ g/kg。
[0014]本发明具有以下有益的技术效果:
[0015]TUG891对小鼠骨髓间充质干细胞(mBMSC)无毒性作用，显著促进mBMSC增殖能力；并且可以提高mBMSC的成骨能力，增加细胞ALP的活性，增加成骨相关基因的表达。在去势小鼠模型中，TUG891可以改善股骨远端骨微结构，增加股骨远端的矿物沉积率。
[0016]骨髓间充质干细胞是研究成骨细胞生长、分化的较常用的细胞模型，鉴于TUG891对BMSC的作用，其对干细胞具有显著促成骨作用，促进增殖，并通过激活Ras-Raf-MEK-Erkl/2途径，显著提升BMSC向成骨分化，最终起到防治骨质疏松的作用。卵巢切除小鼠模型为常用的绝经后骨松模型，通过连续股骨中段髓腔内注射给与不同剂量TUG891，明显对松质骨骨微结构有保护作用，并且提高矿化沉积率，表明其能够发挥预防及治疗绝经后骨松的作用。
[0017]因此，TUG891可应用于骨质疏松的防治，尤其是在防治骨质疏松药物的制备中应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1-1为不同浓度TUG891对细胞碱性磷酸酶(ALP)活性的作用。
[0019]图1-2为不同浓度TUG891对细胞基质钙盐沉积的作用。
[0020]图1-3为不同浓度TUG891对细胞成骨分化基因表达水平的影响。
[0021]图2-1为不同浓度TUG891对细胞增殖作用的影响，Merge为Brdu与DAPI染色结果的合并。
[0022]图2-2为不同浓度TUG891对细胞MTT活性的作用。
[0023]图3-1为GPR120敲除的mBMSC对细胞碱性磷酸酶(ALP)活性的作用。
[0024]图3-2为GPR120敲除的mBMSC对细胞基质钙盐沉积的作用。
[0025]图3-3为GPR120敲除的mBMSC对细胞成骨分化基因表达水平的影响。
[0026]图4-1为TUG891改善OVX小鼠股骨远端松质骨骨微结构的Micro-CT结果，其中，a:sham ；b:0VX ；c:0VX+0.1 μ g/kg TUG891 ；d:0VX+lμ g/kg TUG891 ；e:0VX+10μ g/kgTUG891 ；f:0VX+30y g/kg TUG891 ；g:0VX+50μ g/kg TUG891 ；h:0VX+100μ g/kg TUG891 ；A表示股骨横切面；B表示股骨纵切面。
[0027]图4-2为TUG891改善OVX小鼠股骨远端松质骨骨微结构的VG染色结果，其中，a:sham ；b:0VX ；c:0VX+0.1 μ g/kg TUG891 ；d:0VX+lμ g/kg TUG891 ；e:0VX+10μ g/kgTUG891 ；f:0VX+30y g/kg TUG891 ；g:0VX+50μ g/kg TUG891 ；h:0VX+100μ g/kg TUG891。
[0028]图5-1为体内不同剂量组TUG891处理下行荧光素双标记法检测骨生成结果，其中，a: sham ；b:OVX ；c:0VX+0.1 μ g/kg TUG891 ；d:0VX+l μ g/kg TUG891 ；e:0VX+10y g/kgTUG891 ；f:0VX+30y g/kg TUG891 ；g:0VX+50μ g/kg TUG891 ；h:0VX+100μ g/kg TUG891。
[0029]图5-2为根据图5-1得到的小鼠股骨远端的矿物质沉积率，其中，a: sham ；b:0VX ；c:0VX+0.1 μ g/kg TUG891 ;d:0VX+1μ g/kg TUG891 ；e:0VX+10 μ g/kg TUG891 ；f:0VX+30y g/kg TUG891 ；g:0VX+50μ g/kg TUG891 ；h:0VX+100μ g/kg TUG891。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图和实施例对本发明作详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
[0031]mBMSC为小鼠骨髓间充质干细胞，可以向成骨细胞进行分化，是研究成骨细胞生长、分化的较常用的细胞模型，在体内生理条件下mBMSC是促进成骨细胞生成与发育以及骨生长的重要途径之一。而且骨髓间充质干细胞的增殖潜能也在骨代谢以及骨重建的过程中发挥重要的作用。脂肪酸受体激动剂是较常用的体外用于激活GPR受体家族的药物，出于观察TUG891对成骨分化以及细胞增殖的影响，所以选择小鼠BMSC作为细胞模型。卵巢切除(去势)小鼠模型作为动物模型，是常用的模拟妇女绝经后骨松模型。
[0032]1.体外TUG891对小鼠骨髓间充质干细胞刺激成骨分化的浓度筛选
[0033]1.1、将mBMSC铺于6孔板上，铺满后，加入含0.1uM地塞米松，1mM甘油磷酸钠以及50ug/mL抗坏血酸的a-MEM培养基进行成骨诱导培养。在成骨诱导培养过程中，同时给予0.1、0.5、1、5、10、30、50、100 μ M TUG891处理。成骨诱导培养14天后根据碱性磷酸酶定量试剂盒(上海杰美)进行ALP定量，收集细胞，裂解后提取蛋白。测定蛋白浓度，然后根据试剂盒的说明，进行ALP定量检测。
[0034]结果如图1-1所示，横坐标为药物浓度，纵坐标为ALP活性，以各组的吸光度OD值同空白对照组(Con)的OD值进行比较的百分数来表述。空白对照组为单纯给予成骨诱导培养。低浓度组(0.1、0.5、lyM)TUG891作用后，细胞ALP活性表达同空白对照组相比显著下降，高浓度组(30、50、100μΜ)作用后，ALP活性表达升高，并呈浓度依赖性。ALP为成骨细胞分化中期的关键表达蛋白，为检测成骨细胞分化的特异性指标，成骨分化能力降低可显示为ALP活性降低，对成骨分化为抑制作用，但经高浓度TUG891作用后，ALP表达增加，显著增强了细胞成骨分化能力。
[0035]1.2钙化结节染色:将mBMSC铺于6孔板上，铺满后，加入含0.1uM地塞米松，1mM甘油磷酸钠以及50ug/mL抗坏血酸的a-MEM培养基进行成骨诱导培养。在成骨诱导培养过程中，同时给予0.1、0.5、1、5、10、30、50、100μΜ TUG891处理。成骨诱导培养14天后用PBS冲洗培养细胞，多聚甲醛固定后，I %茜素红染色30分钟，用水冲洗5次，倒置显微镜下观察I丐结节沉积。
[0036]结果如图1-2所示，低浓度TUG891(0.1、0.5、1μΜ)作用后，钙化结节形成较少，但是在高浓度Τυ6891(30、50、100μΜ)作用后，结节面积有增加。钙结节形成为成骨分化的矿化阶段，高浓度组TUG891处理可以显著提高矿化形成水平，提示TUG891也可在成骨形成后期参与骨生长。
[0037]1.3成骨基因的RT-PCR检测:将mBMSC铺于6孔板上，铺满后，加入含0.1uM地塞米松，1mM甘油磷酸钠以及50ug/mL抗坏血酸的a_MEM培养基进行成骨诱导培养。在成骨诱导培养过程中，同时给予0.1、0.5、1、5、10、30、50、100μΜ TUG891处理。成骨诱导培养14天后用Trizol裂解细胞，提取细胞内的mRNA，根据实时定量RT-PCR的程序，对目的基因ALP、OCN及RUNX2进行定量检测。
[0038]结果如图1-3所示，由图可见，低浓度TUG891(0.1、0.5、1μΜ)作用后，细胞成骨分化基因ALP、OCN及RUNX2表达水平较空白对照组(Con)下降，空白对照组为单纯给予成骨诱导培养，高浓度TUG891(30、50、100yM)作用后，较空白对照组(Con)可以显著促进成骨基因表达。ALP、OCN及RUNX2基因分别为成骨细胞分化中期和后期的关键基因，决定着细胞的分化水平。低浓度TUG891抑制成骨分化基因的表达，而高浓度TUG891作用后，成骨分化基因表达有上调，说明高浓度TUG891可以显著提升骨髓间充质干细胞成骨分化能力。
[0039]2.体外TUG891对小鼠骨髓间充质干细胞增殖能力的浓度筛选
[0040]2.1将mBMSC以I X 104/cm2接种于共聚焦培养皿中，待细胞达到80%融合后，弃掉单纯培养基(a-MEM培养基)，加含 0.1、0.5、1、5、10、30、50、100 μ M TUG891 的 a_MEM培养基至共聚焦培养皿中，作用48h后,给予每组细胞5 μ g/mL Brdu预处理2小时后,进行Brdu免疫荧光染色，DAPI细胞核复染。
[0041]结果如图2-1所示，低浓度TUG891(0.1、0.5、1μΜ)与空白对照相比可部分抑制mBMSC增殖能力，而高浓度TUG891 (30、50、100 μ Μ)与空白对照相比可以显著提升mBMSC的增殖潜能，细胞数量明显增多，空白对照为单纯培养基未加TUG891 (O μ M)。
[0042]2.2将mBMSC细胞以2X 103/cm2接种到96孔板上，待细胞长满后，弃掉单纯培养基，加含0.1,0.5、1、5、10、30、50、100μΜ TUG891的a-ΜΕΜ培养基至孔板中，分别作用6h、12h、24h、48h，每组6个复孔。至观察点后，利用MTT比色法来筛选合适的TUG891作用浓度和时间，加20 μ L的5mg/mL的MTT溶液，孵育4小时后，加DMS0，震荡5分钟，在酶标仪上492nm波长读数。
[0043]结果如图2-2所示，横坐标为不同浓度的TUG891作用时间，纵坐标为细胞活性，以各组的吸光度OD值同空白对照组(空白对照为单纯培养基培养未加TUG891)的OD值进行比较的百分数来表述。由图可见，同图2-1结果，伴随TUG891的浓度和作用时间的延长，mBMSC活性逐渐增加。低浓度TUG891 (0.1,0.5,1 μ M)可部分抑制mBMSC存活能力，而高浓度TUG891(30、50、100yM)可以显著提升mBMSC的增殖潜能，细胞存活数量明显增多。
[0044]3.通过敲除GPR120探查其对成骨分化能力的影响
[0045]3.1将mBMSC铺于6孔板上，铺满后，加入含0.1uM地塞米松，1mM甘油磷酸钠以及50ug/mL抗坏血酸的a-MEM培养基进行成骨诱导培养。在成骨诱导培养过程中，同时给予50 μ M TUG891处理。成骨诱导培养14天后根据碱性磷酸酶定量试剂盒(上海杰美)进行ALP定量，收集细胞，裂解后，提取蛋白。测定蛋白浓度，然后根据试剂盒的说明，进行ALP定量检测。
[0046]结果如图3-1所示，横坐标为细胞类别及药物浓度，Con代表正常mBMSC，KD为GPR120敲除的mBMSC。纵坐标为ALP活性，以各组的吸光度OD值同空白对照组(Con)的OD值进行比较的百分数来表述。GPR120敲除的mBMSC细胞ALP活性表达同空白对照组相比显著下降，而正常mBMSC在50 μ M TUG891作用(Con+TUG 50 μ Μ)后，ALP活性表达升高，而GPR120敲除的mBMSC在给予TUG891后(KD+TUG 50 μ M)，ALP活性并未增加。ALP为成骨细胞分化中期的关键表达蛋白，为检测成骨细胞分化的特异性指标，成骨分化能力降低可显示为ALP活性降低，对成骨分化为抑制作用，GPR120敲除细胞的ALP活性明显下降，说明GPR120对成骨分化起着不可或缺的作用。
[0047]3.2钙化结节染色:将mBMSC铺于6孔板上，铺满后，加入含0.1uM地塞米松，1mM甘油磷酸钠以及50ug/mL抗坏血酸的a-MEM培养基进行成骨诱导培养。在成骨诱导培养过程中，同时给予50 μ M TUG891处理。成骨诱导培养14天后用PBS冲洗培养细胞，多聚甲醛固定后，I %茜素红染色30分钟，用水冲洗5次，倒置显微镜下观察钙结节沉积。
[0048]结果如图3-2所示，GPR120敲除的mBMSC (KD)钙化结节形成较少，而且在高浓度TUG891(50yM)处理后(KD+TUG 50 μ M)，结节面积无增加。钙结节形成为成骨分化的矿化阶段，GPR120敲除细胞的矿化形成水平显著下降，提示GPR120在成骨形成后期骨生长的调控中发挥重要作用。
[0049]3.3成骨基因的RT-PCR检测:将mBMSC铺于6孔板上，铺满后，加入含0.1uM地塞米松，1mM甘油磷酸钠以及50ug/mL抗坏血酸的a_MEM培养基进行成骨诱导培养。在成骨诱导培养过程中，同时给予50 μ M TUG891处理。成骨诱导培养14天后用Trizol裂解细胞，提取细胞内的mRNA，根据实时定量RT-PCR的程序，对目的基因ALP、0CN及RUNX2进行定量检测。
[0050]结果如图3-3所示，由图可见，GPR120敲除后，细胞成骨分化基因ALP、0CN及RUNX2表达水平下降，而给予GPR120敲除的mBMSC高浓度TUG891作用后，成骨基因表达无明显上升。ALP、OCN及RUNX2基因分别为成骨细胞分化中期和后期的关键基因，决定着细胞的分化水平。GPR120敲除可抑制成骨分化基因的表达，说明GPR120的上调可以显著提升骨髓间充质干细胞成骨分化能力。
[0051]4.TUG891对小鼠体内骨形成的作用
[0052]动物骨松模型的建立:40只8周大BALB/c雌性小鼠，体重为20.84± 1.21g。本实验中小鼠的初始体重无统计学差异。在切除卵巢前，先将它们置于实验室条件下I周(即通气良好的20°C恒温环境中，每12小时光照与黑暗交替，水粮足量，自由取用)。适应I周后，用戊巴比妥钠(50 mg/kg体重)进行麻醉，小鼠被切除卵巢(去势，η = 35)或者假手术(η = 5)。卵巢切除是通过背侧入路切除双侧卵巢。假手术意味着手术找到双侧卵巢，但不切除，直接缝合关闭切口。
[0053]给药:小鼠被随机分组，每组5只:假手术对照组(sham);单纯卵巢切除组(OVX)；不同剂量TUG891给药组(卵巢切除后每日通过股骨中段髓腔内注射分别给予0.1、1、10、30、50、100 μ g/kg 体重的 TUG891 溶液，即 0VX+0.1 μ g/kg TUG891 ；0VX+1 μ g/kg TUG891 ；OVX+10 μ g/kg TUG891 ；0VX+30μ g/kg TUG891 ；0VX+50μ g/kg TUG891 ；OVX+100 μ g/kgTUG891)。TUG891溶液:TUG891溶解于DMSO并由去离子水稀释。通过股骨中段髓腔内注射对不处理组(假手术对照组以及单纯卵巢切除组)小鼠注射同体积去离子水。手术后I周开始给药，连续给药10周时间。给药完成后，麻醉下提取每只小鼠的左侧股骨，清除粘连的肌肉组织，妥善固定。
[0054]4.1显微CT检测骨微结构:股骨远端的骨微结构通过探索轨迹SP预临床标本显微CT进行检测。分辨率为8mm，管电压为50kV，管电流为0.1mA。通过一个桌面显微CT处理软件进行重建和3D定量分析。所有标本的扫描环境和分析方法相同。股骨扫描区域限定为远端干垢端，并且向近端的初级松质近末端区域延伸2.0mm。在排除了颅骨及尾终板区后，椎体的松质骨区域被包含在每一个显微CT选区中。在这些待扫描的区域中，松质骨与皮质骨的分界为内皮质骨面。选定的感兴趣区的3D参数用于数据分析，包括:骨矿物质密度、连接密度、结构模型指数、骨小梁数量、骨小梁厚度、骨小梁分离度和相对骨体积分数。进行扫描分析的操作者对标本的处理过程单盲。
[0055]结果如图4-1所示，相对于假手术对照组，卵巢切除导致了小鼠松质骨骨微结构的损害，表现为骨矿物质密度、连接密度、骨小梁数量、骨小梁厚度及相对骨体积分数的下降。同时，卵巢切除后结构模型指数和骨小梁分离度明显提高。结果具有统计学差异。然而，高剂量(30、50、100μ g/kg)TUG891给药组明显逆转了卵巢切除引起的骨微结构参数的变化趋势，起到保持股骨远端骨小梁骨量的作用。因此，TUG891能够对绝经后骨质疏松发挥预防及治疗作用。
[0056]4.2通过VG染色进行组织学检测:小鼠的左侧股骨取材完成后，用4%多聚甲醛固定48小时。所有标本用80%酒精脱水，并用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)进行包埋。用旋转切片机切取240mm片厚的冠状位薄片，然后将所有切片打磨成20mm片厚，用于进行VG染色。
[0057]结果如图4-2所示，相对于假手术对照组，单纯卵巢切除组骨小梁数量明显下降，小梁间的距离明显变宽。给予高、低剂量TUG891处理后，高剂量组骨小梁损害效果明显得到改善，表现为骨小梁数量的增加及骨小梁间距的减小。
[0058]5.荧光素双标记法检测骨生成及骨矿物质沉积
[0059]动物骨松模型的建立以及给药同4。
[0060]在小鼠处死前的第12天和第2天分别肌肉注射四环素(20mg/kg)和钙黄绿素(5mg/kg)来进行荧光素标记。处死小鼠后取左侧股骨，依次进行固定、脱水、包埋和切片(ΙΟμπι)。在放大200倍条件下，测定四环素标线与钙黄绿素标线间的距离。得到平均距离后，再除以天数，即可确定矿物质沉积率。
[0061 ] 结果如图5-1、5-2所示，所有组中，新生骨被标记上了四环素和钙黄绿素荧光。相对于假手术对照组，单纯卵巢切除组的矿物质沉积率明显下降。然而，高、低剂量TUG891处理后，高剂量组GOjOUOOyg/kg)矿物质沉积率明显增加，此结果与体外趋势相同。综上，TUG891能够通过升高矿物质沉积率而起到保护松质骨骨微结构的作用。
[0062]总之，高浓度TUG891对mBMSC有显著的促成骨分化作用，并且可显著提升mBMSC的增殖活性，而低浓度TUG891可部分下调mBMSC成骨分化以及增殖潜能。在去势小鼠骨松模型中，TUG891可以改善股骨远端松质骨骨微结构，增加股骨远端的矿物沉积率，表明TUG891能够通过促进骨髓间充质干细胞的增殖分化从而改善骨微结构，发挥防治骨质疏松的作用。因此，脂肪酸受体GPR120特异性激动剂TUG891可应用于骨质疏松的防治，尤其是在防治骨质疏松药物的制备中应用。
【权利要求】
1.GPR120激动剂TUG891在制备用于防治骨质疏松的药物中的应用。
2.GPR120激动剂TUG891在制备用于促进骨髓间充质干细胞增殖的药物中的应用。
3.GPR120激动剂TUG891在制备用于抗骨髓间充质干细胞分化抑制的药物中的应用。
4.根据权利要求3所述GPR120激动剂TUG891在制备用于抗骨髓间充质干细胞分化抑制的药物中的应用，其特征在于:GPR120激动剂TUG891在制备用于提高骨髓间充质干细胞中ALP活性的药物中的应用。
5.根据权利要求3所述GPR120激动剂TUG891在制备用于抗骨髓间充质干细胞分化抑制的药物中的应用，其特征在于:GPR120激动剂TUG891在制备用于提高骨髓间充质干细胞中促成骨分化基因ALP、OCN及Runx2表达水平的药物中的应用。
6.如权利要求1-5中任意一项所述的应用，其特征在于:GPR120激动剂TUG891的给药量至少为10 μ g/kg。
7.如权利要求1-5中任意一项所述的应用，其特征在于:GPR120激动剂TUG891的给药量为 30-50 μ g/kg。
【文档编号】A61K45/00GK104127874SQ201410366547
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年7月28日 优先权日:2014年7月28日
【发明者】罗卓荆, 高博, 黄强, 杨柳, 刘建 申请人:中国人民解放军第四军医大学