1086-80-2 / 光色素的多種應用

背景及概述^[1]

光色素即二甲基異咯嗪，是人和哺乳動物尿液中核黃素的代謝產物。由核黃素在酸性溶液中經光解作用所產生的藍色熒光化合物。光色素是核黃素的光降解產物之一，在細胞氧化和能量代謝中起著重要的作用。此外，核黃素在體外對骨形成有積極作用并且促進成骨細胞相關基因表達。據報道，光色素和核黃素可保護大鼠心臟免受缺血再灌注損傷。

結構

應用^[2]

光色素可減弱OVX小鼠骨丟失，并通過抑制RANKL誘導的NFAT、鈣信號、NF-κB和MAPK的激活，抑制RANKL誘導的破骨細胞分化和骨吸收，光色素還能促進成骨細胞的早期分化。因此，光色素有潛力開發程治療骨質疏松和其他骨溶解性疾病的藥物。研究表明，光色素可以通過抑制破骨細胞形成來防止卵巢切除引起的骨丟失。此外，光色素還通過抑制NFAT活化和鈣信號通路抑制RANKL誘導的破骨細胞形成和骨吸收。

1.光色素抑制RANKL誘導的破骨細胞形成與融合

觀察光色素對破骨細胞形成的影響，將BMMS與RANKL和M-CSF共同培養5天，加入不同濃度的光色素，觀察其對破骨細胞形成的影響。研究發現，當光色素濃度達到7.5μM時，其對TRACP陽性細胞的形成有抑制作用。為了確定光色素的作用是否是由于細胞毒性，進行了MTS試驗。結果表明，在10μM濃度和更低濃度條件下，光色素對小鼠無細胞毒作用。此外，為了評價光色素對破骨細胞融合的影響，發明人用羅丹明-鬼筆環肽染色形成的破骨細胞來顯示F-actin，并用DAPI識別細胞核。結果表明，10μM濃度下的光色素對破骨細胞的形成和每個破骨細胞的平均核數均有明顯的抑制作用(圖2B，2C)。綜上所述，光色素對RANKL誘導的破骨細胞形成和破骨細胞融合具有抑制作用，但對BMMS無細胞毒性作用。

2.光色素抑制破骨細胞的骨吸收

為探討光色素對破骨細胞骨吸收的抑制作用，發明人在羥基磷灰石板上種植了相同數量的成熟破骨細胞，觀察其對破骨細胞骨吸收的影響。將成熟的破骨細胞暴露于7.5μm或10μm光色素24h。TRACP染色顯示，光色素不影響成熟破骨細胞的數量。然而，與未干預組相比，用光色素干預組的吸收面積明顯減少。因此，這些數據表明，光色素抑制破骨細胞的骨吸收，但對成熟的破骨細胞沒有細胞毒性作用。

3.光色素對RANKL誘導的基因表達有抑制作用

進一步研究了光色素在破骨細胞形成過程中對RANKL誘導的基因表達的影響。用RT-PCR方法分析了不同劑量的光色素對RANKL和M-CSF作用5d后BMMS的基因表達水平。光色素干預后，破骨細胞分化相關基因NFatc1、Fos、CTSK和Acp5的mRNA表達水平明顯下調。這些結果與光色素對破骨細胞分化和骨吸收的抑制作用是一致的。

4.光色素抑制NFATc1的活化和相關下游蛋白的表達

將轉染NFATc1熒光素酶報告基因的RAW264.7細胞與不同濃度的光色素聯合刺激以觀察光色素對RANKL誘導的NFATc1活性的影響。結果表明，在濃度為7.5和10μM的條件下，光色素能降低NFATc1熒光素酶活性。免疫印記分析在蛋白質水平證實熒光素酶報告實驗的結果。與抑制NFATc1的激活相一致，在第3天和第5天，光色素明顯阻斷了NFATc1蛋白的表達。另外，在10μM濃度下，c-Fos、基質金屬蛋白酶9(MMP9)、組織蛋白酶K(CTSK)和整合素-β3等與NFATc1相關的下游蛋白表達也受到下調。

5.光色素能抑制RANKL誘導的NF-κB和MAPK通路的激活

眾所周知，RANKL誘導的NF-κB和MAPK信號通路在破骨細胞形成過程中起著重要作用。因此，發明人用熒光素酶報告法檢測了光色素對RANKL誘導的NF-κB活性的影響。經過7.5和10μM光色素處理后，NF-kB熒光素酶的活性降低。免疫蛋白印記顯示RANKL誘導的IκB-α降解被抑制。有趣的是，光色素還抑制ERK1/2和p38的磷酸化，對STAT3和JNK1/2磷酸化作用不大。綜上所述，這些數據表明，光色素抑制了RANKL誘導的NF-kB和MAPK信號通路的激活。

6.光色素抑制RANKL誘導的鈣離子振蕩

為解釋光色素對NFAT激活的抑制作用，發明人研究其對RANKL誘導的鈣離子信號傳導的影響。正如預期所想，與對照組相比，RANKL可激活鈣振蕩。光色素顯著降低RANKL誘發的鈣振蕩幅度。這些結果表明，光色素抑制了RANKL誘導的鈣信號通路，這與其對NFAT激活和RANKL誘導破骨細胞形成的抑制作用是一致的。

7.光色素提高了成骨細胞中ALP的表達

為進一步研究光色素對成骨細胞分化和增殖的影響，發明人采用了MTS法檢測了光色素對成骨細胞的毒性作用。用不同劑量的光色素處理成骨細胞MC3T3-E124、48和120h。結果表明，在12μM和較低濃度下，光色素無細胞毒作用。在第7天觀察光色素對成骨細胞分化、堿性磷酸酶(ALP)活性和基因表達的影響。發明人發現，與對照組相比，光色素處理組ALP的活性和基因表達增加。培養第28天，用茜素紅染色法測定成骨細胞礦化情況。結果表明，鈣沉積法評估的礦化作用在光色素干預后未發生變化。此外，在成骨細胞分化的早期階段(第7天)，光色素可促進成骨細胞特異性基因Runx2和Col1a1的表達，但在第21天已恢復正常。在早期階段，光色素對成骨細胞的分化有促進的作用。

主要參考資料

[1] 營養科學詞典

[2] CN201810881832.7光色素在制備治療骨丟失疾病藥物方面的應用