不同重力環(huán)境下流體剪切應(yīng)力對人骨肉瘤成骨樣細(xì)胞Cbfa1表達(dá)的影響.pdf

1、大量研究表明，當(dāng)航天員進(jìn)入空間失重環(huán)境后會出現(xiàn)失重性骨質(zhì)稀少，表現(xiàn)為骨骼脫鈣、骨量減少、力學(xué)性能下降等。這種骨質(zhì)改變在航天飛行中呈進(jìn)行性發(fā)展，中長期飛行會嚴(yán)重影響骨骼的結(jié)構(gòu)和功能。這種變化在骨骼內(nèi)并非平均分布，而是有部位特異性，承重骨比非承重骨受影響更為嚴(yán)重。雖經(jīng)過數(shù)十年的研究，但失重性骨質(zhì)稀少的機(jī)理現(xiàn)仍不甚清楚，對抗防護(hù)措施的效果也不佳。故闡明失重導(dǎo)致骨骼系統(tǒng)變化的作用機(jī)理，開發(fā)新型的對抗措施，已成為當(dāng)前重力生理學(xué)面臨的重要課題之一。

2、 骨骼在不斷的重塑的過程中受到多種因素的影響，其中機(jī)械應(yīng)力起著極其重要的作用。骨骼根據(jù)所承受的應(yīng)力不斷地進(jìn)行改建，以使自身的結(jié)構(gòu)和功能適應(yīng)力學(xué)環(huán)境的需要。作用在骨骼上的應(yīng)力有幾種不同的形式，如壓應(yīng)力、拉應(yīng)力、彎曲應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力及剪切應(yīng)力等。其中成骨細(xì)胞對剪切應(yīng)力最敏感。Runt蛋白家族，包括果蠅的Runt及小鼠和人的Cbfa1、Cbfa2、Cbfa3因子，是一組調(diào)節(jié)器官形成的主要轉(zhuǎn)錄因子，在神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)生、骨骼發(fā)育及造血形成等方面

3、具有重要功能。Cbfa1作為成骨細(xì)胞分化的特異性轉(zhuǎn)錄因子，在骨骼發(fā)育和骨形成中起關(guān)鍵作用。失重時骨代謝的變化主要表現(xiàn)為骨形成的減少，而成骨細(xì)胞是形成骨的唯一細(xì)胞。那么剪切應(yīng)力對成骨細(xì)胞內(nèi)Cbfa1表達(dá)有何影響，失重環(huán)境下流體剪切應(yīng)力對成骨細(xì)胞內(nèi)Cbfa1表達(dá)的影響有何變化?目前尚未見研究報道。力學(xué)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑有多條，目前認(rèn)為最可能的一種方式是：機(jī)械力牽拉細(xì)胞外基質(zhì)，而胞外基質(zhì)又通過精-甘-天冬(RGD)與整合素相連從而引起跨膜的整合素的

4、聚集，整合素的聚集引起胞內(nèi)肌動蛋白結(jié)合蛋白的聚集，從而將整合素與細(xì)胞骨架相連，最后細(xì)胞骨架將力學(xué)信號傳遞到細(xì)胞核和其它細(xì)胞器。力學(xué)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的關(guān)鍵分子是“力學(xué)感受器”，在所有可能的“力學(xué)感受器”中，整合素被認(rèn)為是最關(guān)鍵的分子。整合素由α和β亞基通過非共價鍵組成的異二聚體，介導(dǎo)細(xì)胞-細(xì)胞和細(xì)胞-細(xì)胞外基質(zhì)的黏附。每種亞基都具有一個較長的胞外域(大約幾百個氨基酸組成)，一個單次跨膜域和一個較短的胞內(nèi)域(由20-70個殘基組成)。那么失重環(huán)境下

5、整合素亞基的表達(dá)發(fā)生怎樣的變化?這些變化在細(xì)胞力學(xué)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中有什么意義?為解釋上述問題，進(jìn)行了本研究工作。 本研究的主要內(nèi)容和結(jié)果如下： 1.流體剪切應(yīng)力對MG-63人骨肉瘤成骨樣細(xì)胞Cbfa1表達(dá)的影響本研究觀察流體剪切應(yīng)力(FSS)對培養(yǎng)72h的人骨肉瘤成骨樣細(xì)胞(MG-63)Cbfa1表達(dá)的影響。結(jié)果提示：FSS可以促進(jìn)成骨細(xì)胞內(nèi)Cbfa1的表達(dá)。 2.不同重力環(huán)境下流體剪切應(yīng)力對MG-63細(xì)胞Cbfa1表

6、達(dá)的影響模擬失重24、48、72h后，和無FSS作用組相比，MG-63細(xì)胞Cbfa1mRNA受FSS刺激后表達(dá)量上調(diào)，在FSS作用的30，60min具有顯著差異，且Cbfa1的表達(dá)量隨應(yīng)力刺激時間的延長而增加。 3.模擬失重對MG-63細(xì)胞整合素亞單位表達(dá)的影響本研究觀察了回轉(zhuǎn)器模擬失重對MG-63細(xì)胞整合素亞單位表達(dá)的影響。 總之，本工作通過對不同重力環(huán)境下培養(yǎng)的MG-63細(xì)胞施加剪切應(yīng)力，觀察細(xì)胞內(nèi)Cbfa1mRNA

7、和蛋白表達(dá)的反應(yīng)變化及模擬失重環(huán)境下MG-63細(xì)胞整合素亞單位表達(dá)的變化。主要研究結(jié)果為：流體剪切應(yīng)力能促進(jìn)成骨細(xì)胞內(nèi)Cbfa1的表達(dá)，且這種增強(qiáng)與剪切應(yīng)力的作用時間及作用水平相關(guān)；模擬失重環(huán)境下成骨細(xì)胞內(nèi)Cbfa1的表達(dá)下降；MG-63細(xì)胞在模擬失重環(huán)境下培養(yǎng)72h后，整合素α5、αv和β1亞單位的表達(dá)變化明顯，三種亞單位的表達(dá)均較對照組顯著降低。結(jié)果提示：一定大小的機(jī)械應(yīng)力能促進(jìn)成骨細(xì)胞內(nèi)特異性轉(zhuǎn)錄因子Cbfa1的表達(dá)，這將有利于增