成骨分化过程中机械牵张力对成骨细胞相关成骨因子及血管生成因子的影响

论文摘要

研究目的:近年来《nature》陆续有研究报道,骨质疏松症的发生与机体骨微环境血管生成能力的退化有关。小鼠的骨骼系统中存在H型及L型两种特殊的毛细血管亚型,其中H型血管是骨血管生成的关键。成骨细胞及其前体细胞主要分布在H型内皮细胞周围,通过分泌血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor,VEGF）、成纤维细胞生长因子（fibroblast growth factor,FGF）、类表皮生长因子（epidermal growth factor-like,EGFL）家族等细胞因子调控骨微环境中血管内皮细胞的增殖及分化。在骨微环境中,血管内皮细胞増殖最主要的区域是长骨的干骺端,抑制血管内皮细胞生成将抑制成骨细胞分化,骨形成受阻,进而导致骨量丢失,长骨变短。而增强骨血管的生成能够促进成骨细胞的成骨分化,进而增强骨形成。因此,促进骨微环境中血管生成可能是预防及治疗骨质疏松的重要途径之一。运动促进成骨细胞的增殖及分化,提高机体骨密度,进而预防及治疗骨质疏松,但其确切机制仍尚未明确。目前,关于运动、骨形成及骨血管生成三者关系的研究尚未见报道,为了进一步了解运动与骨形成及骨血管生成的关系,本研究通过离体实验,观察成骨细胞在成骨分化过程中相关成骨因子及血管生成因子的变化,并在此基础上对成骨细胞进行机械牵张力干预,观察成骨分化过程中不同周期的机械应力刺激对成骨细胞相关成骨因子及血管生成因子的影响,为运动促进骨血管生成的机制研究奠定基础。研究方法:成骨细胞21天分化实验:取用新生C57BL/6小鼠头盖骨提取成骨细胞,传至第3代后接种于6孔细胞培养板中,在培养液中加入成骨诱导分化剂,根据诱导分化的时间长度进行分组,细胞在成骨分化诱导剂的作用下培养21天、14天、7天、3天、0天,即21D组、14D组、7D组、3D组、0D组,诱导分化结束后提取各组RNA,逆转录后使用荧光定量PCR检测相关成骨因子及血管生成因子的表达;主要检测指标包括:骨钙素（osteocalcin,OCN）、Osterix、EGFL-6、VEGF、FGF1、FGF2、FGFR1、FGFR2以及ATF4等;（2）机械牵张成骨细胞实验:将第3代的C57BL/6小鼠成骨细胞以1×105/孔密度接种到BioFlex 6孔板,在培养液中加入成骨诱导分化剂,在进行成骨诱导分化的同时采用Flexcell-5000细胞应力加载系统对小鼠成骨细胞进行机械牵张干预,采用3%牵张强度,0.5 Hz,单次刺激,单次刺激时间为4小时的牵张方案对原代成骨细胞进行为期0、3、5、7天的牵张刺激,隔天机械牵张一次,干预结束后采用荧光定量PCR以及Western Blot检测相关成骨因子及血管生成因子的表达（主要检测指标同上）,同时采用碱性磷酸酶染色试剂盒检测7天牵张刺激后成骨细胞ALP活性的变化;（5）所有实验结果用均数±标准差（x±SD）表示,使用SPSS 22.0软件对实验数据进行分析处理,主要采用的统计学方法为单因素方差分析或独立样本T检验,以P<0.05表示差异具有统计学意义。统计图采用Graphpad软件（Prism 5.0）制作。研究结果:在成骨细胞的成骨分化过程中,OCN及Osterix等成骨因子m RNA表达逐步上调,在成骨分化第7天时表达显著上调（P<0.05）,在第14天及第21天m RNA表达上调幅度更为明显（P<0.01）;EGFL-6以及VEGF等血管生成因子在成骨分化早期变化并不明显,在成骨分化的中后期表达开始逐渐上调;（2）在成骨细胞分化过程中,机械牵张力能够提高Osterix等成骨因子的m RNA表达,其中7天的机械牵张刺激效果最为明显。在机械牵张力的刺激下,EGFL-6及FGFR1等血管生成因子m RNA表达有逐步上调的趋势,在机械牵张的第7天,EGFL-6、VEGF、FGF1、FGF2、FGFR1以及FGFR2的m RNA表达均显著上调（P<0.01）。异。FGF1m RNA的表达在3d、7d、21d时均未出现显著变化,在14d时显著上调。（3）ALP染色的结果表明,7天的机械牵张干预能够显著提高成骨细胞的ALP活性,促进成骨分化。Western Blot的结果也表明,机械牵张力能够上调Osterix、ATF4等成骨因子以及VEFG、FGFR1等血管生成因子的蛋白表达。研究结论:（1）成骨细胞成骨分化过程中伴随着相关成骨因子及血管生成因子基因表达的上调,提示成骨分化与血管生成之间可能存在一定的联系;（2）在成骨细胞的分化过程中,机械牵张力能够促进成骨分化,同时促进相关血管生成因子的表达。提示机械牵张力能够通过调控成骨细胞促进相关血管生成因子的分泌,这为后期运动促进骨血管生成的机制研究奠定基础。

论文目录

文章来源

类型: 国内会议

作者: 张士花,元宇,邹军

关键词: 机械牵张力,成骨细胞,成骨因子,血管生成因子

来源: 第十一届全国体育科学大会 2019-11-01

年度: 2019

分类: 基础科学,社会科学Ⅱ辑

专业: 生物学,体育

单位: 上海体育学院华南师范大学体育与健康学院

分类号: G804.2

DOI: 10.26914/c.cnkihy.2019.032319

页码: 7359-7360

总页数: 2

文件大小: 1625k

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