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摘要
目的 探讨生长分化因子15 (growth differentiation factor 15,GDF15)在成骨与破骨细胞分化过程中的作用，进而阐述GDF15对老年性骨丢失的影响。方法 用不同浓度GDF15重组蛋白(0、5、25、50μg/L)干预小鼠原代骨髓间充质干细胞，并进行成骨诱导，检测成骨标志物并进行茜素红染色。用上述不同浓度GDF15重组蛋白干预小鼠骨髓中提取的单核细胞，并向破骨细胞诱导分化，检测破骨标志物并进行TRAP染色。采用siRNA干扰GFRAL表达后，观察GDF15对成骨与破骨细胞分化的影响。将GDF15重组蛋白经腹腔注射至小鼠体内(10 nmol/kg)，每2天1次，2个月后用Micro-CT检测和分析小鼠股骨骨密度(bone mineral density,BMD)、骨小梁相对体积(bone volume/tissue volume,BV/TV)、骨小梁厚度(trabecular bone thickness,Tb. Th)、骨小梁数量(trabecular bone number,Tb. N)、骨小梁分离度(trabecular bone separation,Tb. Sp)。结果 (1)在成骨细胞培养体系中，GDF15能促进成骨基因，如骨钙素(osteocalcin,OCN)、Ⅰ型前胶原氨基末端(N端)前肽(N-terminal propeptide of typeⅠcollagen,P1NP)、碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)和Runt相关转录因子2 (Runt-related transcription factor 2,Runx2) mRNA表达与钙结节形成(P<0.01)，并且GDF15对成骨细胞表型的影响随着浓度增加而递增。(2)在破骨样细胞培养体系中，GDF15能抑制破骨基因，如抗酒石酸酸性磷酸酶(tartrated resistant acid phosphatase,TRAP)、组织蛋白酶K (cathepsin K,CTSK)和基质金属蛋白酶9 (matrix metallopeptidase 9,MMP-9) mRNA表达，并能明显减少TRAP阳性细胞率(P<0.01)。同样，GDF15对破骨细胞标志基因与TRAP阳性细胞率的影响也随着GDF15蛋白浓度增加而递增。(3)相同浓度GDF15干预下，与对照组相比，成骨细胞中用siRNA沉默GFRAL受体可以减少OCN、ALP和Runx2的mRNA表达(P<0.05)，在破骨细胞中，用siRNA沉默GFRAL受体能增加TRAP、CTSK和MMP-9的mRNA表达(P<0.05)。(4)体内实验中，持续2个月隔天腹腔注射GDF15蛋白的4月龄与17月龄小鼠表现出增高的BV/TV、Tb. N和减少的Tb. Sp(P<0.05)，但是对Tb. Th没有明显影响。小鼠股骨组织化学染色中，OCN+染色显示GDF15蛋白干预能明显增加OCN+细胞数(P<0.05),TRAP染色显示GDF15干预能明显减少TRAP+细胞数量(P<0.05)。结论 GDF15通过GFRAL受体促进成骨、抑制破骨分化，并能改善老年性骨丢失。
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