细胞形态和力学刺激在皮肤成纤维细胞向肌腱细胞转分化中的作用及分子机制研究

肌腱细胞（TC）狭长形态和力学刺激是肌腱组织维持肌腱细胞表型和功能的重要微环境因素，我们的前期研究证实体外培养的TC脱离该微环境可致表型及功能丧失，而人为施加这些因素可有效维持其表型和功能。鉴于真皮成纤维细胞(FB)有望成为肌腱构建的种子细胞，我们假设：模拟狭长形态和力学刺激可将FB转分化为肌腱表型细胞，而我们的预初实验显示：单纯的形态控制已能明显上调FB的肌腱细胞标志物Tenomodulin和功能分子I型胶原的表达水平。本项目将以此为基础，进一步深入探讨以下三方面科学问题：(1)力学刺激对FB向TC转分化的作用；(2)形态控制与力学刺激是否存在协同作用；(3)RhoA/ROCK通路及Scleraxis(肌腱特异分子的关键转录因子)在FB向肌腱表型转化过程中的作用机制。本研究将为FB转分化为TC的生物学现象以及FB构建组织工程肌腱和临床应用建立科学理论基础。

目的：种子细胞是组织工程的重要科学问题。我们前期使用真皮成纤维细胞构建组织工程化肌腱的研究在组织水平提示真皮成纤维细胞在构建过程中向肌腱细胞表型转化。本课题继而在细胞水平探索科学假说：模拟狭长形态和力学刺激可否将FB转分化为肌腱表型细胞？并进而回答以下三方面科学问题：(1)力学刺激对FB向TC转分化的作用；(2)形态控制与力学刺激是否存在协同作用；(3)RhoA/ROCK通路及Scleraxis(肌腱特异分子的关键转录因子)在FB向肌腱表型转化过程中的作用机制。.方法：分别将真皮成纤维细胞在培养皿、光滑硅胶膜和刻纹硅胶膜上培养，检测肌腱细胞表型标记分子tenomodulin（Tnmd）和胞外基质的表达以明确狭长形态在真皮成纤维细胞向肌腱细胞转分化中的作用。继而使用生物反应器施加力学刺激，探讨力学刺激在转分化中的作用。并对scleraxis（Scx）敲除小鼠和Tnmd 敲除小鼠的表型进行鉴定，为探讨Scx 和Tnmd 在真皮成纤维细胞向肌腱细胞转分化中的作用打下基础。.结果：真皮成纤维细胞在刻纹硅胶膜上呈狭长的细胞形态，狭长形态可上调刻纹硅胶膜组中肌腱细胞表型标记分子Tnmd 和胞外基质如I、III、VI 型胶原、decorin 和tenascin-C 的表达。力学刺激可上调真皮成纤维细胞I 型胶原和III 型胶原的表达且细胞形态和力学刺激在调节胞外基质表达方面有协同作用。Scx 敲除小鼠真皮成纤维细胞中I、III、VI 型胶原和decorin 的表达高于野生型小鼠；而Tnmd 敲除小鼠真皮成纤维细胞中I、III、VI 型胶原和decorin 的表达低于野生型小鼠。.结论：狭长形态和力学刺激可促使真皮成纤维细胞向肌腱细胞转分化，且二者有协同作用，本研究结果初步证实了我们所提出的科学假说，后续仍需进一步开展机制研究。