探討食用水解膠原蛋白對促進成骨細胞分化及改善老年性質疏鬆
學生姓名:
陳宜君
學期:
107下
摘 要:
骨質疏鬆為一種慢性且無症狀的疾病，一般是由於骨轉換代謝不平衡所導致，其發生率會隨著年齡老化而增長(Durão et al, 2014)。根據先前的研究指出，食用膠原蛋白胜肽對於成骨細胞的增生與分化具有正向的效果，但先前的研究大多針對停經後骨質疏鬆，較少針對老年性骨質疏鬆進行研究，且其中的機轉尚未明瞭，故本篇旨在探討水解膠原蛋白對於成骨細胞增生及分化的作用以及其中的機轉，並進一步了解其對於老年性骨質疏鬆的改善成效。由於羥脯胺酸是膠原蛋白的主要組成部分，且羥脯胺酸和脯胺酸是影響膠原蛋白穩定性的關鍵(Daneault et al, 2015)，故以Prolyl-Hydroxyproline此種二肽膠原蛋白與小鼠MC3T3-E1細胞相互作用進行實驗，進一步觀察成骨細胞增生、鹼性磷酸酶(ALP)、骨細胞礦化情形以及骨細胞相關標記(Runx2、Osterix、Col1α1、Osteocalcin)的基因表現量及蛋白質表現量，結果顯示，給予Pro-Hyp對於成骨細胞增生的情形並沒有顯著的變化，但ALP及礦化的情形和骨細胞相關標記的表現量會隨著給予的Pro-Hyp量增加而增加，因此可得知膠原蛋白胜肽Pro-Hyp能透過上調Runx2及Osterix的基因表現量來促進成骨細胞在
早期的分化。接著針對Forkhead box O1（Foxo1）透過Runx2調節以及Foxo1和FoxG1的互相調控關係對Pro-Hyp促進成骨細胞分化的影響做進一步探討，使用RNAi將Foxo1及Foxg1Knockdown抑制其基因表現，結果顯示Pro-Hyp會透過Foxg1正向調控成骨細胞基因Runx2和Osterix的基因表現量，進而促進MC3T3-E1細胞的早期分化，而Foxo1可能透過和Foxg1互相作用間接影響成骨細胞的分化。最後欲了解食用水解膠原蛋白對於老年性骨質疏鬆改善的實際狀況，以萃取自鰱魚皮的膠原蛋白分別由細菌產鹼性蛋白酶水解形成antioxidant collagen hydrolysates (ACH)以及由膠原蛋白水解酶水解形成collagenase hydrolyzed collagen hydrolysates (CCH)兩者擁有相似分子量及胺基酸種類進行實驗。以兩個月大及13個月大的雌性小鼠，將13個月大的小鼠依據體重分成6組，依體重胃內給予不同劑量的ACH和CCH，並於8週後將小鼠犧牲並收集樣品進行分析，分別觀察骨密度、Hydroxyproline、ALP、TRAP-5b以及TGF-β/Smad訊息傳導路徑和整合素α2β1的影響。結果顯示，給予中劑量(MACH)的組別骨質組織密度改善情形最好，Hydroxyproline、ALP的含量亦最高，TRAP-5b則低於其他組，而TGF-β1的表現量在M組有明顯的下降，但其他組別則沒有變化，Smad3在給予MACH後有顯著增加，而Smad7表現量在給予MACH及HACH均能夠顯著降低，整合素α2β1表現量亦為MACH組比起其他組別有最為顯著的增加。因此得知攝取鰱魚皮萃取的膠原蛋白水解物可以改善老化小鼠的骨質疏鬆情形，且給予ACH比CCH效果明顯更好。綜合上述實驗食用水解膠原蛋白胜肽Pro-Hyp能透過Foxg1來調節Runx2和Osterix的基因表現，促進成骨細胞早期分化，並且抑制破骨細胞的骨吸收作用，增加骨質密度、改善骨組織的微結構，因而能達到改善老年性骨質疏鬆的效果。
早期的分化。接著針對Forkhead box O1（Foxo1）透過Runx2調節以及Foxo1和FoxG1的互相調控關係對Pro-Hyp促進成骨細胞分化的影響做進一步探討，使用RNAi將Foxo1及Foxg1Knockdown抑制其基因表現，結果顯示Pro-Hyp會透過Foxg1正向調控成骨細胞基因Runx2和Osterix的基因表現量，進而促進MC3T3-E1細胞的早期分化，而Foxo1可能透過和Foxg1互相作用間接影響成骨細胞的分化。最後欲了解食用水解膠原蛋白對於老年性骨質疏鬆改善的實際狀況，以萃取自鰱魚皮的膠原蛋白分別由細菌產鹼性蛋白酶水解形成antioxidant collagen hydrolysates (ACH)以及由膠原蛋白水解酶水解形成collagenase hydrolyzed collagen hydrolysates (CCH)兩者擁有相似分子量及胺基酸種類進行實驗。以兩個月大及13個月大的雌性小鼠，將13個月大的小鼠依據體重分成6組，依體重胃內給予不同劑量的ACH和CCH，並於8週後將小鼠犧牲並收集樣品進行分析，分別觀察骨密度、Hydroxyproline、ALP、TRAP-5b以及TGF-β/Smad訊息傳導路徑和整合素α2β1的影響。結果顯示，給予中劑量(MACH)的組別骨質組織密度改善情形最好，Hydroxyproline、ALP的含量亦最高，TRAP-5b則低於其他組，而TGF-β1的表現量在M組有明顯的下降，但其他組別則沒有變化，Smad3在給予MACH後有顯著增加，而Smad7表現量在給予MACH及HACH均能夠顯著降低，整合素α2β1表現量亦為MACH組比起其他組別有最為顯著的增加。因此得知攝取鰱魚皮萃取的膠原蛋白水解物可以改善老化小鼠的骨質疏鬆情形，且給予ACH比CCH效果明顯更好。綜合上述實驗食用水解膠原蛋白胜肽Pro-Hyp能透過Foxg1來調節Runx2和Osterix的基因表現，促進成骨細胞早期分化，並且抑制破骨細胞的骨吸收作用，增加骨質密度、改善骨組織的微結構，因而能達到改善老年性骨質疏鬆的效果。
探討食用水解膠原蛋白對促進成骨細胞分化及改善老年性骨質疏鬆之成效 Abstract.pdf