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光色素即二甲基异咯嗪，是人和哺乳动物尿液中核黄素的代谢产物。由核黄素在酸性溶液中经光解作用所产生的蓝色荧光化合物。光色素是核黄素的光降解产物之一，在细胞氧化和能量代谢中起着重要的作用。此外，核黄素在体外对骨形成有积极作用并且促进成骨细胞相关基因表达。据报道，光色素和核黄素可保护大鼠心脏免受缺血再灌注损伤。
光色素可减弱OVX小鼠骨丢失，并通过抑制RANKL诱导的NFAT、钙信号、NF-κB和MAPK的激活，抑制RANKL诱导的破骨细胞分化和骨吸收，光色素还能促进成骨细胞的早期分化。因此，光色素有潜力开发程治疗骨质疏松和其他骨溶解性疾病的药物。研究表明，光色素可以通过抑制破骨细胞形成来防止卵巢切除引起的骨丢失。此外，光色素还通过抑制NFAT活化和钙信号通路抑制RANKL诱导的破骨细胞形成和骨吸收。
1.光色素抑制RANKL诱导的破骨细胞形成与融合
观察光色素对破骨细胞形成的影响，将BMMS与RANKL和M-CSF共同培养5天，加入不同浓度的光色素，观察其对破骨细胞形成的影响。研究发现，当光色素浓度达到7.5μM时，其对TRACP阳性细胞的形成有抑制作用。为了确定光色素的作用是否是由于细胞毒性，进行了MTS试验。结果表明，在10μM浓度和更低浓度条件下，光色素对小鼠无细胞毒作用。此外，为了评价光色素对破骨细胞融合的影响，发明人用罗丹明-鬼笔环肽染色形成的破骨细胞来显示F-actin，并用DAPI识别细胞核。结果表明，10μM浓度下的光色素对破骨细胞的形成和每个破骨细胞的平均核数均有明显的抑制作用(图2B，2C)。综上所述，光色素对RANKL诱导的破骨细胞形成和破骨细胞融合具有抑制作用，但对BMMS无细胞毒性作用。
2.光色素抑制破骨细胞的骨吸收
为探讨光色素对破骨细胞骨吸收的抑制作用，发明人在羟基磷灰石板上种植了相同数量的成熟破骨细胞，观察其对破骨细胞骨吸收的影响。将成熟的破骨细胞暴露于7.5μm或10μm光色素24h。TRACP染色显示，光色素不影响成熟破骨细胞的数量。然而，与未干预组相比，用光色素干预组的吸收面积明显减少。因此，这些数据表明，光色素抑制破骨细胞的骨吸收，但对成熟的破骨细胞没有细胞毒性作用。
3.光色素对RANKL诱导的基因表达有抑制作用
进一步研究了光色素在破骨细胞形成过程中对RANKL诱导的基因表达的影响。用RT-PCR方法分析了不同剂量的光色素对RANKL和M-CSF作用5d后BMMS的基因表达水平。光色素干预后，破骨细胞分化相关基因NFatc1、Fos、CTSK和Acp5的mRNA表达水平明显下调。这些结果与光色素对破骨细胞分化和骨吸收的抑制作用是一致的。
4.光色素抑制NFATc1的活化和相关下游蛋白的表达
将转染NFATc1荧光素酶报告基因的RAW264.7细胞与不同浓度的光色素联合刺激以观察光色素对RANKL诱导的NFATc1活性的影响。结果表明，在浓度为7.5和10μM的条件下，光色素能降低NFATc1荧光素酶活性。免疫印记分析在蛋白质水平证实荧光素酶报告实验的结果。与抑制NFATc1的激活相一致，在第3天和第5天，光色素明显阻断了NFATc1蛋白的表达。另外，在10μM浓度下，c-Fos、基质金属蛋白酶9(MMP9)、组织蛋白酶K(CTSK)和整合素-β3等与NFATc1相关的下游蛋白表达也受到下调。
5.光色素能抑制RANKL诱导的NF-κB和MAPK通路的激活
众所周知，RANKL诱导的NF-κB和MAPK信号通路在破骨细胞形成过程中起着重要作用。因此，发明人用荧光素酶报告法检测了光色素对RANKL诱导的NF-κB活性的影响。经过7.5和10μM光色素处理后，NF-kB荧光素酶的活性降低。免疫蛋白印记显示RANKL诱导的IκB-α降解被抑制。有趣的是，光色素还抑制ERK1/2和p38的磷酸化，对STAT3和JNK1/2磷酸化作用不大。综上所述，这些数据表明，光色素抑制了RANKL诱导的NF-kB和MAPK信号通路的激活。
6.光色素抑制RANKL诱导的钙离子振荡
为解释光色素对NFAT激活的抑制作用，发明人研究其对RANKL诱导的钙离子信号传导的影响。正如预期所想，与对照组相比，RANKL可激活钙振荡。光色素显著降低RANKL诱发的钙振荡幅度。这些结果表明，光色素抑制了RANKL诱导的钙信号通路，这与其对NFAT激活和RANKL诱导破骨细胞形成的抑制作用是一致的。
7.光色素提高了成骨细胞中ALP的表达
为进一步研究光色素对成骨细胞分化和增殖的影响，发明人采用了MTS法检测了光色素对成骨细胞的毒性作用。用不同剂量的光色素处理成骨细胞MC3T3-E124、48和120h。结果表明，在12μM和较低浓度下，光色素无细胞毒作用。在第7天观察光色素对成骨细胞分化、碱性磷酸酶(ALP)活性和基因表达的影响。发明人发现，与对照组相比，光色素处理组ALP的活性和基因表达增加。培养第28天，用茜素红染色法测定成骨细胞矿化情况。结果表明，钙沉积法评估的矿化作用在光色素干预后未发生变化。此外，在成骨细胞分化的早期阶段(第7天)，光色素可促进成骨细胞特异性基因Runx2和Col1a1的表达，但在第21天已恢复正常。在早期阶段，光色素对成骨细胞的分化有促进的作用。
[1] 营养科学词典
[2] CN201810881832.7光色素在制备治疗骨丢失疾病药物方面的应用