應力微環境下MSCs成軟骨分化過程中凋亡機制的研究

《應力微環境下MSCs成軟骨分化過程中凋亡機制的研究》是依託四川大學，由李娟擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：應力微環境下MSCs成軟骨分化過程中凋亡機制的研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李娟
• 依託單位：四川大學

項目摘要

軟骨一旦缺損自身很難修復，組織工程是修復軟骨缺損最有前景的治療模式之一。間充質幹細胞(MSCs)作為軟骨組織工程種子細胞，在構建工程化軟骨時遇到的最大瓶頸是細胞擴增效率不高；而細胞擴增受增殖和凋亡共同調控。申請人前期發現應力能促進MSCs保持增殖並分化為軟骨細胞，且Notch信號參與了此過程中的力學-生物學回響。在此基礎上研究力學調控下的細胞凋亡，有助於深入理解應力對MSCs成軟骨分化的調控機制、進而提高軟骨創傷疾病的防治水平。.本項目擬在前期建立的應力微環境下大鼠MSCs成軟骨分化細胞學模型的基礎上，研究應力刺激對凋亡早、中、晚各期的調控規律；採用RT-PCR和雷射共聚焦顯微鏡技術，檢測Notch受/配體信號各通路的表達情況；並採用基因轉染和RNA干擾技術分別對表達最弱和最強的Notch信號進行反向調控，研究Notch信號對細胞凋亡的調控機制，為促進MSCs向軟骨細胞定向擴增提供新途徑。

結題摘要

軟骨組織的再生能力有限,一旦缺損自身很難修復。間充質幹細胞(MSCs)作為軟骨組織工程種子細胞，在構建工程化軟骨時遇到的最大瓶頸之一是細胞擴增效率不高。包括課題組在內的大量研究已廣泛證實了應力刺激對MSCs成軟骨分化過程的調節效應。本項目通過對成軟骨相關表型表達規律進行研究，發現適當延遲應力載入介的入時機能更有效促進BMSCs成軟骨分化。進一步研究發現，延遲應力載入是通過促進內源性TGF-β的表達和活化來調控細胞的成軟骨分化的，其機制可能通過促進Smad2/3的磷酸化和核轉移，也通過非Smad途徑，比如p38、 ERK1/2、RhoB和Wnt7a。在BMSCs在成軟骨分化過程中增殖活性下降且峰值提前，而適當的應力刺激可通過調控細胞周期素Cyclin D1以及其依賴性激酶CDK4，調節大鼠BMSCs成軟骨分化過程中細胞增殖。在上述延遲應力載入模型的基礎上，本項目採用透射電鏡、PI/Annexin V雙標染色、線粒體膜電位檢測（JC-1）、原位末端標記（TUNEL）、流式細胞術（FCM）等檢測細胞凋亡，結果提示：在大鼠BMSCs成軟骨分化過程中凋亡細胞較非誘導細胞有明顯增加，且與壓力載入有明顯相關性: 靜壓載入下BMSCs成軟骨分化過程中凋亡增加、時象提前，而動態壓應力載入早期凋亡細胞和壞死較對照組減少，而後期凋亡略有增加。適當力值、周期性載入和間斷應力刺激能通過調節細胞凋亡的時象和數量，利於成軟骨分化過程的進展。Notch-1參與了BMSCs成軟骨分化過程中的力學-生物學回響，但對動/靜態壓應力刺激應答不同。在動態應力刺激對BMSCs成軟骨分化的調控過程中抑制Notch信號的表達後，細胞凋亡現象明顯下降。說明Notch信號不僅參與了大鼠BMSCs成軟骨分化過程中的凋亡調控，而且還參與了應力刺激對此過程中的凋亡調控。進一步研究發現，Notch信號是通過NO途徑和Caspase-3、Caspase-8等調控壓應力誘導的BMSCs成軟骨分化過程中的細胞凋亡，從而調節應力刺激對幹細胞的成軟骨分化的。這說明Notch 信號通路作為力學信號轉導過程中的一環，通過調控細胞的凋亡對細胞的分化過程進行了干預和調節。