破骨细胞分化增强参与慢性砷暴露导致的小鼠骨密度下降

目的 研究慢性饮水型砷暴露对小鼠长骨骨密度的影响及其相关机制.方法 将5月龄雌性C57BL/6小鼠按体质量采用随机数字表法分为假手术组和摘除卵巢(去势手术)组,每组19只.每组分为3个亚组:①对照:饮用蒸馏水(n=6);②5 mg/L砷处理:饮用蒸馏水中含三价无机砷(iAsⅢ)和五价无机砷(iAsv)各2.5 mg/L(n=7);③20 mg/L砷处理:饮用蒸馏水中含iAsⅢ和iAsv各10 mg/L(n=6).自由进食和饮水饲养3个月后,采用双能X射线检测小鼠股骨骨密度.体外实验处理条件:①0.00、0.25、0.50、0.75、1.00、1.50μmol/L iAsⅢ处理单核巨噬白血病(RAW 264.7)细胞系或0.0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 μmol/L iAsⅢ处理原代培养小鼠骨髓造血干细胞6d,同时给予50 μg/L核因子κB受体活化因子配体(RANKL)和30 μg/L巨噬细胞集落刺激因子(M-CSF)进行诱导分化.②根据iAsⅢ处理RAW 264.7细胞系诱导分化破骨细胞数量检测结果,选择0.6 μmol/L iAsⅢ处理组,同时给予0(对照)、5、10 mmol/L氧化抑制剂N-乙酰半胱氨酸(NAC).采用抗酒石酸酸性磷酸酶(TRAP)染色观察iAsⅢ和NAC对破骨细胞分化的影响.结果 ①与假手术对照组[(84.44±4.40)mg/cm2]相比,假手术20 mg/L砷处理组小鼠股骨骨密度[(80.04±4.06) mg/cm2]呈下降趋势,而去势手术对照组[(76.36±3.36) mg/cm2]明显下降(P＜0.05);与去势手术对照组比较,去势手术5、20 mg/L砷处理组未见明显变化[(77.74±4.91)、(75.56±3.71) mg/cm2,P均＞0.05].②体外实验显示,在原代培养骨髓造血干细胞向破骨细胞诱导分化过程中,各iAsⅢ处理组破骨细胞数量比较,差异有统计学意义(F=1 522,P＜0.05),0.50μmol/L iAsⅢ处理组破骨细胞数量达峰值;在RAW 264.7细胞向破骨细胞诱导分化过程中,各iAsⅢ处理组破骨细胞数量比较,差异有统计学意义(F=1 781,P＜ 0.05),0.6 μmol/L iAsⅢ处理组破骨细胞数量达峰值;诱导分化低剂量iAsⅢ(0.6 μmol/L)暴露RAW 264.7细胞时,各NAC处理组破骨细胞数量比较,差异有统计学意义(F=1 940,P＜ 0.05),且随NAC浓度升高,破骨细胞数量明显下降(109.33±3.06、56.00±2.65、22.67±0.58,P均＜0.05).结论 砷暴露对骨代谢的影响具有明显的卵巢功能依赖性,提示砷可能是通过干扰雌激素代谢或功能影响骨代谢.另外,砷暴露引发的氧化应激促进破骨细胞分化,且破骨细胞分化增强可能参与慢性砷暴露导致的骨密度下降,提示抗氧化剂的干预可能有效防治砷暴露引发的骨质疏松.