连接蛋白Cx43在骨细胞重力响应和信号传递中的作用研究

骨细胞是骨组织力感受的主要细胞，能响应力学刺激并传递信号，通过调节下游调控因子的表达分泌，影响效应细胞功能，调节骨重建。连接蛋白connexin43（Cx43）参与骨细胞与效应细胞间的信号传递过程。失重导致骨重建失衡，其细胞学机制仍未完全阐明。申请者前期研究发现抛物线飞行显著抑制了骨细胞MLO-Y4中Cx43的表达，提出Cx43可能在骨细胞重力响应和信号传递中起了重要的作用。.本项目拟研究：①不同重力水平（抗磁悬浮、随机定位和超重离心）对骨细胞Cx43表达分布和装配，间隙连接和半通道活性，及下游调控因子表达的影响；②Cx43显性负突变/高表达引起转基因小鼠原代骨细胞下游调控因子的改变；③尾悬吊或Cx43显性负突变/高表达对小鼠骨骼结构性能的影响。为骨细胞力学信号响应和传递的分子机制研究提供新的实验依据，丰富骨生物学基础理论，并为失重骨丢失及骨质疏松机制的阐明和防护措施的研究提供理论基础。

骨细胞是骨组织力感受的主要细胞，能响应力学刺激并传递信号，通过调节下游调控因子的表达分泌，影响效应细胞功能，调节骨重建过程。连接蛋白connexin43（Cx43）能够组成间隙连接和半通道，参与骨细胞与效应细胞（成骨细胞和破骨细胞）间的信号传递过程。失重能够导致骨重建失衡，其细胞学机制还不是很明确。.本项目进行了体外和体内实验，研究了Cx43在骨细胞重力感知中所起的作用。在体外选用了骨样细胞MLO-Y4，采用抗磁悬浮和随机定位两种模拟失重效应的方法，结果发现随机定位处理降低了骨细胞Cx43的膜向转运和下游一氧化氮的分泌，半通道在其中起了一定的作用。抗磁悬浮处理后做了基因芯片筛选，发现重力处理对MLO-Y4细胞的基因表达无显著影响，磁体处理仅改变了49个基因的表达，但半通道阻断对MLO-Y4细胞的基因表达有较明显的影响，801个基因的表达量发生了改变。聚类分析发现半通道阻断主要影响细胞组分和结合、代谢和细胞过程以及生物合成等方面。对差异基因参与的通路间相互作用关系进行了分析，发现了处于差异基因节点位置的调控基因。.体内实验选用了骨细胞特异的两种Cx43转基因小鼠，其中R76W小鼠在Cx43基因的76位点突变，抑制了半通道功能；△130-136小鼠在130-136位缺失，同时抑制半通道和间隙连接功能。将小鼠进行尾悬吊后肢去负荷处理，MicroCT结果显示了小鼠明显增加的骨质流失。与野生型小鼠相比，雄性R76W小鼠的松质骨骨密度（BMD）和厚度（Tb.Th）的下降幅度明显增加，皮质骨的内周长增加，外周长减小，总组织面积（T.Ar）增加，但骨面积（B.Ar）减小，表现出其髓腔面积的扩大和皮质骨厚度和密度的显著降低。三点弯曲法检测其力学性能显示后肢去负荷降低了小鼠股骨的弹性模量（Elastic Module）、断裂极限力（Ultimate Load）和刚度（Stiffness）。雄性R76W小鼠力学性能的下降幅度都比野生型有所减小，但差异没有显著性。R76W雄性小鼠松/皮质骨的骨结构参数变化力学去负荷后都比野生型小鼠更大。同时，R76W小鼠的力学性能比野生型小鼠的下降幅度小，最大应力增加，反映了骨强度的降低。这些研究揭示了Cx43在骨正常结构功能维持中的关键作用，为进一步揭示力学去负载引起的骨丢失机制提供了实验数据。.已发表SCI论文5 篇，国内期刊论文2篇，会议论文4篇。