力學(xué)刺激對(duì)植體-骨界面骨系細(xì)胞mrna表達(dá)的影響

1、力學(xué)刺激對(duì)植體力學(xué)刺激對(duì)植體骨界面骨系細(xì)胞骨界面骨系細(xì)胞mRNA表達(dá)的影響表達(dá)的影響EffectsofthemRNAexpressioninimplantboneinterfacebonecellsaftermechanicalstimulate摘要在建立力學(xué)刺激骨系細(xì)胞的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷幕A(chǔ)上，利用激光捕獲顯微分離技術(shù)（LCM）獲取動(dòng)物模型體內(nèi)種植體—骨界面區(qū)域的成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞用基因芯片法檢測(cè)不同力值的間斷力學(xué)刺激作用下基因表達(dá)譜的

2、時(shí)序變化。明確從骨形成到骨破壞這個(gè)質(zhì)的變化過(guò)程中，基因表達(dá)的差異和相關(guān)的特異性基因，探討成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞的耦聯(lián)機(jī)制，從系統(tǒng)角度研究生理負(fù)荷促進(jìn)骨形成和超負(fù)荷導(dǎo)致骨破壞的基因調(diào)控機(jī)制的差異，嘗試篩選出與骨形成和骨破壞相關(guān)基因，以為骨生物力學(xué)及骨組織工程學(xué)提供理論依據(jù)，并進(jìn)一步完善負(fù)荷狀態(tài)下骨組織與人工材料界面骨改建機(jī)制的理論，為臨床診斷和防治提供理論先導(dǎo)。（一）立項(xiàng)依據(jù)與研究?jī)?nèi)容（一）立項(xiàng)依據(jù)與研究?jī)?nèi)容1、項(xiàng)目的立項(xiàng)依據(jù)（附主要的參考文

3、獻(xiàn)目錄）項(xiàng)目的立項(xiàng)依據(jù)（附主要的參考文獻(xiàn)目錄）。隨著醫(yī)學(xué)科學(xué)的發(fā)展，一些人工種植體或裝置越來(lái)越多的被植入骨組織，用于治療病變和修復(fù)缺損，如人工關(guān)節(jié)、牙種植體，以及骨內(nèi)固定裝置等。理想的人工種植體或裝置應(yīng)以與骨組織緊密結(jié)合(骨整合Osseointegration)的形式行使其生理功能然而，仍有部分植入體不能達(dá)到或保持長(zhǎng)期的骨整合，導(dǎo)致植入體松動(dòng)、脫落和并發(fā)癥的產(chǎn)生，除了植入體材料本身的因素之外，負(fù)荷后骨組織的應(yīng)力變化也是重要的影響因素之一

4、，且已引起眾多學(xué)者的關(guān)注。由于植入體與骨組織之間始終存在一個(gè)界面，負(fù)載后界面骨組織的應(yīng)力應(yīng)變與正常骨組織負(fù)載后的應(yīng)力應(yīng)變不同，這種力學(xué)環(huán)境的改變，可能會(huì)促進(jìn)骨組織與人工材料的界面發(fā)生適應(yīng)性改建，達(dá)到理想的骨整合；也可能會(huì)導(dǎo)致骨組織與人工材料的界面發(fā)生骨吸收。骨吸收會(huì)使種植體與骨組織分離，增加了植入物微粒、細(xì)菌及炎癥介質(zhì)等侵入的機(jī)會(huì)，引起炎癥反應(yīng)，加速骨吸收并造成植入體松動(dòng)，進(jìn)而影響種植體的生存率和生存時(shí)間。因此，了解力學(xué)刺激對(duì)骨組織與人

5、工材料界面骨改建的影響，將有助于解釋臨床觀察到的現(xiàn)象，有助于與骨生物力學(xué)相關(guān)的諸學(xué)科的發(fā)展，如骨折固定、人工關(guān)節(jié)置換、牽張成骨、口腔種植修復(fù)、口腔正畸、骨質(zhì)疏松癥的防治及骨組織工程研究等等。機(jī)械刺激產(chǎn)生的耦合力傳遞到骨組織，使骨系細(xì)胞發(fā)生應(yīng)力應(yīng)變作用，這些變化通過(guò)多個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的轉(zhuǎn)導(dǎo)，導(dǎo)致骨系細(xì)胞產(chǎn)生多種生物學(xué)效應(yīng)并完4、對(duì)力學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的研究表明[1214]：骨系細(xì)胞表面的離子通道在細(xì)胞膜受到力學(xué)作用數(shù)秒或數(shù)分鐘后即可引起G蛋白活化、

6、第二信使釋放、蛋白質(zhì)磷酸化、生長(zhǎng)因子的分泌、細(xì)胞骨架的變化、細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)粘附的重建，最終導(dǎo)致基因表達(dá)的變化?；虮磉_(dá)的變化可能反過(guò)來(lái)影響信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)[13]。成骨細(xì)胞在某些力學(xué)刺激因素作用下表達(dá)一些因子，從而將骨吸收信號(hào)傳遞給破骨細(xì)胞的前體細(xì)胞，使之分化發(fā)育并活化，行使骨吸收功能。骨保護(hù)素（OPG）和骨保護(hù)素配體（OPGL）的發(fā)現(xiàn)證實(shí)了這一假說(shuō)，并提供了分子基礎(chǔ)[1314]。有研究表明[1415]：作為細(xì)胞表面重要受體的整合素，通過(guò)識(shí)

7、別某些胞外基質(zhì)蛋白，介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞、細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)的粘附反應(yīng)并接受、轉(zhuǎn)導(dǎo)級(jí)聯(lián)信號(hào)，并有可能是力學(xué)信號(hào)傳遞的通道。從以上研究中可以看出：（1）力學(xué)刺激導(dǎo)致OB、OC基因改變的過(guò)程涉及眾多基因的變化，但針對(duì)個(gè)別基因的研究顯得較為凌亂，基因之間的相互影響也不清楚，不能精確地闡明各基因在這一過(guò)程中的作用。（2）多條信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路之間存在著密切的耦聯(lián)關(guān)系，不同的力學(xué)信號(hào)可能通過(guò)這些內(nèi)在相連的信號(hào)通路，以不同的方式影響骨系細(xì)胞的反應(yīng)。這些不同信號(hào)通

8、道是如何介導(dǎo)力學(xué)刺激，而導(dǎo)致OB、OC基因表達(dá)的時(shí)空變化？是否存在某些尚不為人所知的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子？信號(hào)通路之間又是如何耦聯(lián)的？這方面的認(rèn)識(shí)尚不明確，只能從基因表達(dá)的變化來(lái)找尋方向。（3）由于各學(xué)者多采用體外實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)條件不盡相同，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可比性較差，有關(guān)體內(nèi)實(shí)驗(yàn)的報(bào)道，特別是力學(xué)刺激對(duì)人工種植體骨界面骨系細(xì)胞基因表達(dá)影響的報(bào)道也極為罕見(jiàn)。因此，有必要同期從體內(nèi)外觀察OB、OC受力后整個(gè)基因表達(dá)的時(shí)序變化，探討各相關(guān)基因在骨形成和骨

9、吸收過(guò)程中的確切作用，并探討其臨床應(yīng)用前景和意義。Vaes[16]等人曾嘗試應(yīng)用基因芯片的方法，找尋骨形成蛋白2誘導(dǎo)成骨細(xì)胞分化過(guò)程中的標(biāo)記基因，為探尋力學(xué)信號(hào)對(duì)骨系細(xì)胞基因表達(dá)的影響提供了一個(gè)好的思路?；蛐酒夹g(shù)是一項(xiàng)新興的能檢測(cè)全范圍mRNA表達(dá)水平變化的技術(shù)，具有高通量、并行化的特點(diǎn)，可為研究基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)及其機(jī)理，揭示不同層次多基因相互作用的生理、病理現(xiàn)象提供有效手段[1718]。然而，骨組織是不同細(xì)胞群體相互作用的三維空間結(jié)構(gòu)