应变对间充质干细胞向成骨细胞分化的力学响应机制研究

【摘要】：目的：利用力学加载装置对小鼠骨髓间充质干细胞系(D1细胞)加载不同拉伸应变，探讨力学因素对干细胞向成骨细胞分化的影响及力学信号转导机制。 方法：在成骨细胞诱导体系条件下，D1细胞施加不同的拉伸应变后，采用免疫组化方法、RT-PCR技术、Flou-3-AM Ca~(2+)染色方法及激光共聚焦技术。分析与成骨细胞分化有关的OSX(Osterx)、骨钙蛋白(Osteocalcin OCN)基因、碱性磷酸酶(alkaline phosphatase，ALP)、Ⅰ型胶原(type Ⅰ collagen，COLl)、OCN蛋白的表达；对细胞内ca~(2+)水平及微丝结构进行考察；利用SB203580(p38MAPK特异抑制剂)、PD98059(MEK-1／2MAPK特异抑制剂)、LY294002(PI_3KS特异抑制剂)、细胞松弛素B(微丝结构阻断剂)、EGTA(Ca~(2+)螯合剂)信号阻断剂探讨力学信号传导的信号途径。 结果：间充质干细胞向成骨细胞分化过程中，拉伸应变能促进细胞ALP、Ⅰ型胶原、OCN蛋白的表达，激活与成骨细胞分化起关键作用的OSX、OCN基因；细胞受到应变作用时，骨架结构微丝发生断裂和重排，同时细胞生长方向发生相应改变；拉伸应变能促进干细胞内Ca~(2+)水平的增加和钙火花的释放；力学信号的传导与磷酸化的磷脂酰肌醇(Phosphatidylinositol-3-kinases，PI_3Ks)信号通路、细胞骨架结构微丝、细胞内Ca~(2+)水平有密切关系。 结论：不同拉伸应变能促进间充质干细胞向成骨细胞分化；力学信号通过Ca~(2+)信号、细胞微丝结构以及PI_3Ks信号途径引起细胞的应答反应和生物学效应。