背景和目的:骨关节炎(Osteoarthritis,OA)是一种常见的慢性退行性疾病,临床症状主要为疼痛、活动受限甚至残疾,给患者和社会经济带来了巨大的压力。作为一种累及全关节的疾病,骨关节炎常导致软骨、软骨下骨、滑膜和周围神经等结构发生改变。糖尿病(Diabetes mellitus,DM)是一种以血糖水平异常升高为特征的内分泌疾病,常导致体内多种并发症的发生。二者常同时存在于老年患者中,关系密切。糖尿病已被证实为骨关节炎的独立危险因素,且其会通过加速关节软骨退变、软骨下骨重建、滑膜炎症因子释放和周围神经损伤等事件的发生加快骨关节炎的进展。其中,由破骨细胞分化和功能异常导致的软骨下骨重建的发生要早于关节软骨退变。到目前为止,大量从植物或食品中提取的活性成分因其较低的副作用已被广泛研究并应用于慢性退行性疾病的预防和治疗。对甲氧基肉桂酸(p-Methoxycinnamic Acid,p-MCA)作为一种天然的生物活性物质,不仅可以作为营养剂应用于Biofouling layer食品制造,其天然的抗氧化活性还能够用于预防和治疗糖尿病、癌症、感染性疾病、肝损伤和神经损伤等多种慢性疾病。但是,在预防或治疗骨关节炎的过程中,p-MCA对破骨细胞的作用和机制尚不清楚。本研究通过研究p-MCA对破骨细胞分化及功能的影响,探索其对骨关节炎早期软骨下骨重建的潜在治疗价值。材料和方法:1.通过生物信息学在 Gene Expression Omnibus(GEO)、GeneCards 和 Comparative Toxicogenomics Database(CTD)数据库中检索并提取“糖尿病”和“骨关节炎”相关的重叠功能性基因,并通过富集分析和蛋白互作(Protein-protein interaction,PPI)网络分析对相关基因的功能进行定位。2.提取并筛选出小鼠股骨和胫骨中骨髓单核细胞(Bone marrow monocytes,BMMs),并使用巨噬细胞集落刺激因子(Macrophage colony-stimulating factor,M-CSF)和核因子 κB 受体活化因子配体(Receptor activator of nuclear factor-κB ligand,RANKL)进行体外破骨细胞分化模型的构建。使用CCK-8细胞增殖实验检测p-MCA对小鼠BMMs和破骨前体细胞的细胞毒性,确定其合适的工作浓度。3.对体外诱导的破骨细胞进行抗酒石酸酸性磷酸酶(Tartrate resistant acid phosphatase,TRAP)、吖啶橙(Acridine orange,AO)和肌动蛋白微丝(Filament actin,F-actin)染色,观察p-MCA对破骨细胞分化和功能的影响。提取小鼠破骨前体细胞的RNA和总蛋白,通过实时荧光定量PCR技术(RePR-171供应商verse transcription-quantitative polymerase chain reaction,RT-qPCR)和免疫印迹实验(Western blot,WB)检测细胞内 TNF 受体关联因子 6(TNF receptor associated factor 6,Traf6)、活化 T 细胞核因子 1(Nuclear factor of activated T-cells,cytoplasmic 1,Nfatc1)和组织蛋白酶 K(Cathepsin K,Ctsk)等破骨细胞关键标志物在转录水平和蛋白水平的表达情况。4.对破骨前体细胞内的活性氧(Reactive oxygen species,ROS)生成量进行检测,检测p-MCA的抗氧化能力。结果:1.我们成功获得“糖尿病”和“骨关节炎”相关的重叠功能性基因共61个。对这些重叠功能性基因进行进一步的富集分析,结果显示破骨细胞分化在糖尿病患者骨关节炎的病程中起着至关重要的作用。此外,MAPK、AGE-RAGE和PI3K-Akt等信号通路的作用也不容忽视。2.我们使用M-CSF和RANKL诱导小鼠BMMs成功构建了体外破骨细胞分化模型。通过CCK-8细胞增殖实验分别检验了 p-MCA对小鼠BMMs和破骨前体细胞的影响,确定了 p-MCA合适的工作浓度。3.p-MCA(40-80 μM)能够明显抑制破骨细胞的分化和骨吸收能力且抑制效果呈浓度依赖性增强,同时,Traf6、Nfatc1和Ctsk等破骨细胞关键标志物在转录和蛋白水平的表达明显减少。4.p-MCA具有强大的抗氧化能力,可明显减少破骨细胞内ROS的生成且抑制效果呈浓度依赖性增强,其抗氧化作用的机制是通过激活细胞内抗氧化系统并上调抗氧化蛋白Nrf2的表达实现的。结论:我们的研究从侧面验证了既往研究的结果——破骨细胞的分化selleck NMR和功能异常是糖尿病患者骨关节炎发生发展中的关键环节之一,由破骨细胞分化和功能异常导致的软骨下骨重建异常的发生明显早于关节软骨的退变。后续的实验结果表明,具有抗糖尿病作用的p-MCA能够有效地抑制破骨细胞的分化和骨吸收功能,具有良好的抗氧化活性,是糖尿病患者骨关节炎的一种潜在的预防和治疗方案。