機械應力通過Cofilin/NF-κB通路促進成骨

《機械應力通過Cofilin/NF-κB通路促進成骨》是依託中國人民解放軍第四軍醫大學，由李菲菲擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：機械應力通過Cofilin/NF-κB通路促進成骨
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李菲菲
• 依託單位：中國人民解放軍第四軍醫大學

中文摘要

力學刺激是調節骨代謝的重要因素，探索成骨細胞的機械生物信號轉導機制有助於闡明骨改建的機理和發現調控骨生長的新靶點。在前期工作中，通過對應力載入前後成骨細胞的差異蛋白質組學分析，我們發現應力干預能夠顯著上調細胞骨架調節蛋白Cofilin的表達。結合文獻，我們提出Cofilin表達上調導致NF-κB抑制是機械應力促進成骨的新機制。本項目擬以機械應力干預的成骨細胞和下頜牽張成骨動物分別作為體外和在體研究對象，使用雷射共聚焦、RNAi、基因轉染、Western Blot、MicroCT等研究手段，系統探討機械應力作用下成骨細胞內Cofilin表達和NF-κB活性與細胞成骨特性之間的關係，證實機械應力通過上調Cofilin表達來抑制NF-κB活性通路促進成骨，從而豐富成骨細胞的機械生物信號轉導網路，同時為縮短牽張成骨時程、加速骨缺損修復開闢新的思路，並為篩選治療骨代謝失衡相關疾病的藥物提供新靶點。

結題摘要

正常骨骼處於一個吸收與重建的動態平衡狀態中，其中力刺激是維持平衡的基礎。不斷有研究證實，牽張應力是有效促進成骨活性和功能的力學刺激。體內外力刺激通過多種途徑被成骨細胞所感知，通過一系列的級聯網路反應，成骨細胞將力學信號轉化為生物學信號，進一步調節相關基因的表達水平，同時合成各種活性物質及酶類，最終使得機體表現出各種複雜的生理及病理活動。多種信號轉導途徑中，細胞骨架作為首先感受力學刺激的結構，發揮著重要作用。成骨細胞對外源性機械力信號的反應主要是由F-actin來回響的，F-actin通過與跨膜分子相互作用而成為跨膜力信號傳遞的主要環節。而成骨細胞細胞骨架的改建依賴於一些對力學敏感的關鍵蛋白的調控作用。ADF/Cofilin家族蛋白是actin結合蛋白中獨一無二的解聚微絲的蛋白群，由LIM激酶LIMK1介導的對Cofilin磷酸化抑制了Cofilin解聚肌動蛋白的能力，Rho蛋白又位於這一通路上游對細胞骨架起一定的調節作用。 進而推斷在細胞受到外力刺激時，Rho蛋白以及Cofilin在細胞骨架介導的信號傳導過程中發揮著獨特的作用。 本研究通過Flexcell應力載入系統，對人成骨樣細胞（MG-63）施以不同載入時長的周期性牽張力，通過免疫螢光、RT-PCR、Western Blot、基因沉默等技術，探討MG-63細胞受牽張力刺激後Cofilin的表達情況，以及在Cofilin正常表達與Cofilin抑制後，對上下游的成骨目的基因的影響，從而探討Cofilin在機械力學刺激下細胞信號轉導中的作用。在Cofilin的變化明確後對MG-63進行12%力學載入，通過RT-PCR、Western-blot等方法，觀察Rho蛋白和下游效應分子ROCK以及Cofilin表達之間的聯繫，從而對Rho/Rock/Cofilin信號通路產生更多的認識，另外通過對RhoA蛋白進行抑制，觀察Rho/Rock通路對成骨效應影響，進而深入地了解成骨細胞信號傳導的途徑。為骨力學轉導機制提供新的依據，為縮短牽張成骨時程、加速骨缺損修復開闢新的思路，並為篩選治療骨代謝失衡相關疾病的藥物提供新靶點。