雄性素接受體為核膜接受體家族之一,經與雄性素結合後對骨骼生長、代謝及雄性的生殖系統發育扮演著重要調控機制。本研究目的為探討雄性素接受體(androgen receptor、AR)在小鼠骨骼發育上所扮演的角色。試驗中之小鼠飼養在獨立吹塵式無菌動物籠架,經基因型判定後,分為野生型(wild-type、WT)和雄性素接受體剔除(androgen receptor knockout、ARKO)小鼠作為主要實驗動物。在試驗一中,測量4、7、15、20、30、40和50週齡小鼠之股骨和脛骨長度,試驗結果顯示性成熟前(4或7週齡),ARKO小鼠之股骨和脛骨長度與WT小鼠並無差異;待性成熟後,顯示ARKO小鼠之股骨於20週齡後、脛骨於15週齡,其長度有逐漸比WT小鼠較長的趨勢。另一方面,以組織切片方法比較ARKO和WT小鼠生長板上軟骨細胞發育。在性成熟前WT小鼠之股骨和脛骨生長板上軟骨細胞數比ARKO小鼠多,但是性成熟後(15週齡以後),ARKO小鼠之股骨和脛骨生長板上軟骨細胞數比WT小鼠多,進一步分析在性成熟前4或7週齡股骨和脛骨的生長板軟骨和骨幹,ARKO小鼠會顯著降低股骨和脛骨生長板高度,同時初級海綿區高度和次級海綿區骨小樑數目或體積也顯著降低(P < 0.05),另一方面也顯著降低脛骨和股骨生長板高度,且降低增殖區和肥大區的軟骨細胞數(P < 0.05)。在試驗二、利用三維結構分析儀,分析7週齡WT和ARKO小鼠脛骨三維結構,其骨幹中骨量容積比、表面積比和骨小樑數目,結果顯示WT比ARKO來的高(P < 0.05),然而在骨小樑間隙,其WT比ARKO小鼠來的緻密(P < 0.05)。在試驗三,利用即時定量聚合酶連鎖反應(Real-time PCR),分析7週齡的末端股骨和近端脛骨生長板鹼性磷酸酶、Indian Hedgehog 和PTHrPR基因的表現,結果顯示Ihh、PTHrPR和ALP的mRNA表現,結果顯示ARKO小鼠比WT來的低。因此ARKO小鼠在軟骨細胞形成、分化和礦化上比WT差。在試驗四,利用小鼠頭蓋骨組織培養,評估骨的形成。我們以乳鼠頭蓋骨模式分析二氫睪固酮(dihydrotestosterone、DHT)對造骨細胞生長的影響,將4日齡ARKO和WT乳鼠的頭蓋骨分別放置在含有DHT培養液中培養7天。結果顯示,DHT的添加對WT乳鼠頭蓋骨中造骨細胞數量、增生寬度和新生骨質區域,具有刺激增生(P < 0.05),但對ARKO乳鼠的造骨細胞則無顯著影響。在試驗五,另一方面將ARKO和WT乳鼠頭蓋骨中所分離之造骨細胞分別培養在含有DHT培養液,進行造骨細胞遷移和貼附能力之分析。結果顯示,DHT對WT乳鼠頭蓋中造骨細胞的遷移和貼附能力均有顯著的增加(P < 0.05),但對ARKO乳鼠頭蓋中造骨細胞則無影響。綜合以上研究之結果,指出剔除雄性素接受體導致股骨和脛骨的生長板結構、骨幹中骨小樑數目和體積改變,雖然ARKO對發身後小鼠的股骨、脛股的長度有增長的趨勢,但此現象係因雄性素無法關閉生長板之生長導致其軟骨細胞數增加有關。由於ARKO小鼠生長板中軟骨增殖帶分化成肥大軟骨能力較差,進而造成其骨小樑數量減少;此現象與ARKO小鼠後續易罹患骨質疏鬆症有關。ARKO小鼠在軟骨細胞分化和礦化的基因表現,也發現表現較少,再者雄性素接受體的剔除亦導致骨細胞對DHT的不反應,造成骨細胞之生長、遷移、貼附能力均顯著的受到侷限。因此雄性素接受體對小鼠骨骼的生長發育與結構具有極重要之生理角色。
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