剪切应力通过正负反馈信号途径影响成骨细胞功能的研究

剪切应力是调节成骨的主要力学因子。针对目前骨质疏松等相关疾病发病率高，发病机理与治疗方法还需深入研究的现状，本课题提出了剪切应力主要通过PLA2-COX2-PGH2信号途径相关的正、负反馈通路影响成骨细胞功能的假说，拟以MC3T3-E1细胞为研究对象，使用细胞与分子生物学方法，通过检测剪切应力作用下，信号通路中关键因子，尤其是cAMP、NFkappaB、PPARγ等的变化以及它们对成骨细胞增殖与分化功能的影响，验证该正、负反馈信号通路的存在，探索其它剪切应力力学生物效应相关途径与该正、负反馈通路之间相互作用的规律，发现剪切应力影响成骨细胞功能的信号网络，较全面地阐述剪切应力影响成骨细胞功能的力学生物学机理。本课题的研究有重要的科学意义，对药物与力学因子结合治疗骨质疏松等疾病有较大的指导价值。

剪切应力能够通过钙离子、PLA2、COX-2途径影响成骨细胞的增殖与分化。我们知道，剪切应力刺激成骨细胞诱发细胞内钙离子浓度瞬态升高，升高的钙离子激活PLA2，PLA2能够通过脂质代谢途径，并在COX-2催化下产生PGH2，PGH2在PGE2与PGD2合成酶的作用下分别生成PGE2与PGD2。已有的研究结果表明PGE2能够通过旁分泌途径影响细胞内的cAMP，并进一步提高COX-2及其活性形成正反馈，使剪切应力刺激细胞增殖与分化效应大幅度提高。但关于PGD2的作用研究甚少。本课题提出了剪切应力能够通过PGD2途径使COX-2减少，进而形成负反馈调节剪切应力的细胞生物学效应。本课题主要取得了以下结果：.1、.阐明了剪切应力通过使细胞膜去极化、打开L-型钙离子通道以及力敏感的阳离子通道，使细胞膜附近钙离子浓度局部升高，引起ATP分泌，并通过膜上ATP受体产生IP3,诱发了胞内钙瞬态产生的机理，并建立了数学模型；.2、.发现了电磁场可以通过调控细胞内钙瞬态进一步增强剪切应力的力学生物学效应;.3、.PGE2以浓度依赖的方式促进MC3T3-E1成骨样细胞的增殖；.4、.MC3T3-E1成骨样细胞的增殖随PGD2/PGE2比值增加而减少；.5、.成骨细胞在流体剪切应力刺激下，通过环氧合酶通路，下调PPARγ表达，激活核因子κB并促进其向细胞核内转移，并上调Runx2、COX2、IGF-1、OCN等基因的表达，进而促进成骨细胞的增殖；.6、.环格列酮可以激活PPARγ并显著上调成骨细胞PPARγ的表达，环格列酮激活PPARγ后通过抑制核因子κB抑制了Runx2、COX2、IGF-1、OCN等成骨细胞增殖、分化相关基因的表达，进而抑制成骨细胞的增殖；